Сварка в защитных газах плавящимся электродом - Потапьевский А.Г.

Автор: Потапьевский А.Г.

Теги: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления сварка машиностроение электрооборудование электросварка

Год: 1974

Похожие

Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах

Сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом. (Рекомендации для «чайников»)

Электродуговая сварка и наплавка под керамическими флюсами

Сварка в защитных газах плавящимся электродом

Текст

А. Г. Потапьевский
Сварка
в защитных
газах
плавящимся
электродом

к. Г. Потапьевский
Сварка
в защитных
газах
плавящимся
электродом
Москва
«МАШИНОСТРОЕНИЕ:
1974
П64
УДК 621.791.753.9
Потапьевский Л. Г. Сварка в защитных газах пла-
вящимся электродом. М., «Машиностроение», 1974,
240 с.
Автор — лауреат Ленинской премии, один из раз-
работчиков способа сварки в углекислом газе пла-
вящимся электродом.
Сварка в защитных газах во многих случаях обе-
спечивает более высокую производительность, чем
ручная дуговая сварка, позволяет механизировать
сварочные работы, облегчить труд сварщиков и по-
высить культуру производства
В книге обобщен большой теоретический и практи-
ческий материал по сварке в защитных газах.
Книга предназначена для инженерно-технических
работников сварочного производства и может быть
использована мастерами и квалифицированными
сварщиками.
Табл. 58. Ил. 84. Список лит. 108 назв.
Рецензенты инженеры Н. И. Рыжков, С. Е. Поляков
31206-057
П ------------- 57-74
038(01)-74
|'с) Издателытво «Машиностроение», 1974 i
Классификация
и электрофизические
особенности сварки
в защитных газах1
1. Сущность, классификация
и виды процессов сварки
Для получения при дуговой сварке высококачественных соеди-
нений необходима защита зоны дуги и расплавленного металла
от вредного воздействия воздуха, а в ряде случаев также леги-
рование и металлургическая обработка металла шва. При свар-
ке в защитных газах для защиты зоны дуги и расплавленного'
металла используют газ (рис. 1), подаваемый струей при помо-
щи горелки; иногда сварку выполняют в камерах, заполненных
газом. В качестве защитных газов используют инертные газы
(аргон, гелий и их смеси), не взаимодействующие с металлом
при сварке, и активные газы (углекислый газ, водород и др.),
взаимодействующие с металлом, а также их смеси. Род защит-
ного газа определяет физические, металлургические и техноло-
гические характеристики способа сварки. Защитный газ выби-
рают в зависимости от рода свариваемых материалов, техноло-
гических задач, требований, предъявляемых к сварным соеди-
нениям, и других условий. Род защитного газа обычно прини-
мают за основу названия способа сварки, например «сварка
в аргоне».
Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся
электродом (рис. 1,а), при этом дуга горит между неплавящим-
ся электродом и изделием. Электрод в процессе сварки не рас-
плавляется и не попадает в шов. Дуга, передвигаемая вдоль сва-
риваемых кромок, оплавляет их. По мере удаления дуги рас-
плавленный металл затвердевает, образуя шов, соединяющий
кромки детали. При сварке плавящимся электродом (рис. 1,6)
дуга горит между электродной проволокой, непрерывно подава-
емой в дугу, и изделием. Дуга расплавляет проволоку и кромки
изделия, и образуется общая сварочная ванна. По мере переме-
щения дуги сварочная ванна затвердевает, образуя шов, соеди-
няющий кромки изделия.
1 Пп. 2 и 3 данной главы совместно с автором написал канд. техн, наук
В. С. Мечев.
3
При необходимости металлургической обработки и допол-
нительном легировании шва в зону дуги подают небольшое ко-
личество раскисляющих или легирующих веществ (рис. 2). Ука-
занные вещества проще всего ввести при помощи порошковой
проволоки. Изредка шлакообразующие вещества вводят в виде
пыли или паров вместе с защитным газом, в виде магнитного
Рис. 1. Схемы процессов сварки в защитных газах
неплавящимся электродом (а), плавящимся элек-
тродом (б) и в двух потоках газа (в):
/ — деталь; 2 — дуга; 3 — защитный газ; 4 — сопло; 5 —
неплавящнйся электрод; 6 — сварочная ванна; 7 — пла-
вящаяся электродная проволока; 8 — внутренний поток
газа
Рис. 2. Схемы процессов сварки в защитных газах порошковой прово-
локой (а), проволокой с обмазкой (б), с подачей флюса вместе с за-
щитным газом (в) и с магнитным флюсом (г)
флюса или флюса, засыпаемого в разделку кромок, в виде об-
мазки, наносимой на поверхность электродной проволоки и дру-
гими способами. Состав металла шва можно изменить путем по-
дачи в зону сварки дополнительной присадочной проволоки
(рис. 3), а также двухдуговой сварки в общую ванну с исполь-
зованием проволок различного состава.
Для экономии защитного газа и управления процессом свар-
ку ведут в двух отдельных потоках газов, подаваемых концен-
трично вокруг дуги (рис. 1,в). Во внутреннем потоке газа горит
дуга и находится капля электродного металла, а жидкая метал-
лическая ванна защищается смесью внутреннего и наружного
потоков. Разработан ряд управляемых способов сварки, таких
как импульсно-дуговая, вибродуговая и др. Основные разновид-
ности сварки в защитных газах плавящимся электродом при-
ведены на рис. 4. В ряде случаев успешно применяется двухду-
4
<s
=3
E
ъ
X
E

uaifnum
vndvgndu
nMDVhOUJ rt ПНРМ
-иапакойшна^
muMn поповым
-4Л>шан faisagcnd
g рОИШЯЭРС g
rrngvandu рои
-оиашпнаоиод
Tiah-opou j
vgodujHOiK
HOgMfaDH H№M
-шашпишиод g
Hogodumwc
HiwHUfurtnaptf
-| tjjjgorfgoHQQ |
наипитп
PHdpgndu
_ ПНЯХЬОШ n пням
-uatMD£Odw>iWEj
nuufidu Qoxwinv
- -пшан fiuaagtvd
g поми^эас j
Иннад д
TtMQtondu
даьрдои j
nagomdupoutiim
- - ntwouop na/Sg
Иноа g пандой g
vgadiunave
нода&вн Ht^u
-4V9UJT)HU0U0Q g
пошнау ~]
нодойшнэис
нпнныиа'тэ'Ой
ьодоайдоаонн |
-| юдоайдондо |
1—
4

§5
J
E
5
говая сварка при сочетании дуг с неплавящимся и плавящимся
электродами, а также сварка в защитном газе (первая дуга) со
сваркой под флюсом (вторая дуга). Для повышения произво-
дительности используют приемы, указанные на рис. 4. Разогрев
электродной проволоки на вылете производят проходящим сва-
рочным током, переменным или постоянным током от независи-
мого источника питания, т. в. ч., дополнительным дуговым раз-
рядом, горящим между электродной проволокой и неплавящим-
ся кольцевым электродом, установленным в горелке.
Рис. 4. Схемы сварки в защитных газах с увеличенным вылетом электрода
(а), с дополнительным подогревом электрода от независимого трансформато-
ра (б), с подачей в разделку металлических окатышей (в), с подачей в дугу
присадочной проволоки (г), с дополнительным подогревом присадочной про-
волоки, подаваемой в дугу (б) и сварочную ванну (е):
1 — деталь; 2 — дуга; 3 — плавящаяся электродная проволока; 4 — газовое сопло; 5 —
подвод сварочного тока к электроду; 6 — подвод тока для дополнительного нагрева элек-
трода, 7 — трансформатор; 8 — бункер с окатышами; 9 — окатыши в разделке; 10 —
присадочная проволока
Процесс сварки — это совокупность физических и элекриче-
ских явлений, протекающих от начала до окончания сварки.
Процесс сварки можно разделить на три основные стадии: уста-
новление стабильного течения процесса (начало сварки); ста-
бильное течение процесса; прекращение процесса сварки (рис. 5).
Установление стабильного течения процесса сварки — это отре-
зок времени, на протяжении которого происходит установление
процесса до заданного режима сварки. Стабильное течение про-
цесса — это отрезок времени, на протяжении которого заданный
режим сварки сохраняется неизменным и происходит образова-
ние шва. Прекращение процесса сварки — отрезок времени, на
протяжении которого происходит переход от стабильного тече-
ния процесса до обрыва дуги при окончании сварки.
6
Установление процесса сварки. Эта стадия сварки оказы-
вает значительное влияние на качество сварного соединения.
В большинстве случаев желательно иметь минимальную продол-
жительность установления процесса сварки. Установление про-
цесса выполняют замыканием электрода на изделие или без за-
мыкания (рис. 6). При установлении процесса сварки путем за-
мыкания проволоки с изделием и подачи ее в зону сварки
(рис. 6, а) электродная проволока на вылете перегревается и
б)
Рис. 5. Схемы изменения напряжения и тока на про-
тяжении процесса сварки без коротких замыканий
(а) и с короткими замыканиями (б):
/ — начало процесса; II — стабильное течение процесса,
III — прекращение процесса сварки; l/CB. wCB— напряже-
ния сварки; I/. - напряжение дуги; V-х— напряжение хо-
лостого хода;. « св — сила тока сварки; /д — сила тока
дуги; t — время
часть ее перегорает со взрывом. Возникшая дуга обычно обры-
вается, так как длина перегоревшего участка проволоки больше
длины дуги до обрыва.
Поскольку проволока подается к изделию непрерывно, то
электрод вновь соприкасается с изделием, в цепи протекает ток
короткого замыкания и электрод разогревается. После второго
короткого замыкания перегорает уже меньший участок электро-
да, чем разогретый и оплавленный при предыдущем закорачи-
вании. Если длина перегоревшего участка меньше максимально
возможной длины дуги при данном напряжении, то возникшая
дуга не гаснет, и с этого момента начинается стабильное тече-
ние процесса сварки.
Установление стабильного течения процесса сварки можно
осуществлять также замыканием электрода с изделием и после-
дующим отрывом его (рис. 6,6). При отрыве электрода, находя-
7
щегося под током, зажигается дуга. Затем включается подача
электродной проволоки к изделию и устанавливаются заданные
значения напряжения и тока. При установлении процесса свар-
ки без замыкания (рис. 6, в) дуга зажигается путем пробоя вы-
соковольтным искровым разрядом газового промежутка между
электродом и изделием. После зажигания дуги включается по-
дача электродной проволоки к изделию и устанавливаются за-
данные значения напряжения и тока.
Продолжительность стадии установления процесса путем за-
корачивания электрода без его отрыва зависит от свойств источ-
Рис. 6. Схемы изменения
напряжения и силы тока
при установлении процесса
сварки путем подачи про-
волоки и детали (а), замы-
кания и отрыва электрода
от детали (б) и без корот-
кого замыкания (в):
Гу —длительность установления
процесса
ника питания, рода защитного газа, диаметра и состава элек-
тродной проволоки, режима сварки и других технологических
параметров. Все факторы, уменьшающие длину перегоревшего
участка электрода и увеличивающие максимальную длину дуги
до обрыва, сокращают продолжительность установления ста-
бильного процесса сварки. С увеличением диаметра и вылета
электрода длительность установления процесса увеличивается, с
повышением напряжения — сокращается. С увеличением тока
до определенных пределов установление процесса сначала об-
летается, а затем затрудняется. Уменьшить длительность уста-
новления процесса сварки можно, использовав технологические
приемы, например быстрорасплавляющиеся токопроводящие
вставки и др.
Стабильное течение процесса сварки. Стабильный процесс
должен обеспечивать получение сварного соединения с неизме-
ненными заданными свойствами и размерами по всей длине
шва. Процесс можно считать стабильным, если электрические
8
и тепловые характеристики его не изменяются во времени или
же изменяются по определенной программе. Стабильный про-
цесс сварки может быть получен при непрерывном и при преры-
вистом горении дуги, а также при перерывах протекания тока
в сварочной цепи. В этих случаях можно вести как стационар-
ный, так и нестационарный (импульсной дугой) процесс.
Основным условием стабильности процесса сварки стацио-
нарной дугой является постоянство тока, напряжения и длины
дуги. В некоторых случаях при сварке стационарной дугой наб-
людаются кратковременные изменения длины дуги, напряжения
и тока, вызванные переносом крупных капель, однако при ста-
бильном процессе характеристики плавления электрода и изде-
лия определяются не ими, а параметрами стационарной дуги.
Основным условием стабильности процесса сварки нестационар-
ной дутой является строго закономерное изменение напряжения
тока, а иногда и длины дуги, и именно они определяют основ-
ные характеристики процесса (плавление и перенос электродно-
го металла, проплавление детали и др.).
По характеру протекания можно выделить следующие виды
сварки стационарной дугой (рис. 7): с естественными короткими
замыканиями дуги; с непрерывным горением дуги и капельным
переносом металла и струйный. Характерным признаком про-
цесса с естественными короткими замыканиями является обра-
зование на электроде крупных капель, в 1,5 раза и более пре-
вышающих диаметр электрода, и закорачивание ими дуги. При
струйном процессе жидкий металл на конце электрода формиру-
ется в виде конуса, с конца которого отрываются капли диамет-
ром менее 2/з диаметра электрода. При процессе с непрерывным
горением дуги жидкого конуса на конце электрода нет, а диа-
метр отрывающихся капель больше 0,8 диаметра электрода.
Сварка в защитных газах легко поддается управлению. Из
управляемых процессов наибольшее распространение получила
импульсно-дуговая сварка, при которой управление достигается
путем изменения по определенной программе тока и напряже-
ния дуги [49, 57 и др.].
Основные виды импульсно-дуговой сварки следующие
(рис. 8): с непрерывным горением дуги; с принудительными ко-
роткими замыканиями дуги и с принудительными обрывами
дуги. Процесс можно вести с наложением на дугу как импуль-
сов одинаковых параметров, так и групп импульсов различных
параметров (рис. 9). В последнем случае энергию отдельных
импульсов подбирают такой, чтобы они производили независи-
мое управление отдельными явлениями при сварке, например
при процессе с непрерывным горением дуги, чтобы первый им-
пульс А интенсивно расплавлял электрод, а второй Б сбрасы-
вал каплю с электрода в ванну или же первые импульсы малой
длительности В стабилизировали горение дуги на малых токах,
а последний в группе импульс Б сбрасывал каплю с электрода.
9
В зависимости от силы тока и напряжения во время импуль-
сов и пауз мгновенная скорость плавления электродной проволо-
ки и мгновенная длина дуги могут изменяться в значительных
пределах. Наложение импульсов на дугу и управление процес-
сом может производиться по жесткой программе и по програм-
ме с автокоррекцией. При втором, виде процесса принудитель-
Рис. 7. Внешний вид разрядного промежутка и осциллограммы
напряжения и тока при процессе с естественными короткими
замыканиями (а), без коротких замыканий (б) и при струйном
процессе (в):
Т — длительность цикла; /д — длительность горения дуги; I* 3 —
длительность короткого замыкания; «д— сила тока дуги
ные короткие замыкания разрядного промежутка достигаются
перемещением к ванне капель под действием импульса тока
(рис. 8, б) или изменением скорости плавления электродной про-
волоки и давления дуги (рис. 8, в) [21, 49, 106].
Процесс импульсно-дуговой сварки с принудительными об-
рывами дуги (рис. 8, д) может осуществляться путем принуди-
тельного гашения дуги. Гашение дуги достигается, например,
наложением на дугу импульса тока противоположной полярно-
сти, снижением напряжения питания источника и естественным
обрывом дуги. Процессом сварки в защитных газах можно уп-
10
равлять путем изменения электрофизических характеристик ду-
гового разряда введением в дугу веществ, понижающих или по-
вышающих эффективный потенциал ионизации дугового газа,
Рис. 8. Внешний вид разрядного промежутка и осциллограммы
напряжения и тока при импульсно-дуговой сварке с непрерывным
горением дуги (а) и с принудительными короткими замыканиями
путем перемещения капли импульсом тока (б), программирова-
нием тока (в) и с принудительными обрывами дуги (г).
Т — длительность цикла; t , t — длительность горения дуги; t — дли-
Д Д и
тельность импульса; ^х.х — длительность холостого хода
или периодического изменения состава дугового газа [72, 93], а
также нанесением на электрод веществ, изменяющих поверх-
ностное натяжение жидкого электродного металла.
11
Управление процессом можно выполнить путем наложения
на электрод, дугу или сварочную ванну внешних стационарных,
импульсных или высокочастотных магнитных полей. При этом
удается изменять характеристики дуги, перемещение дуги и
капли на электроде, а также сварочную ванну на изделии.
Кроме того, процесс можно изменить воздействием струи га-
за, подаваемой в зону сварки с большой скоростью (например,
по схеме на рис. 1,в). В этом случае изменяются характеристи-
ки дугового разряда, перенос электродного металла, погруже-
ние дуги в ванну, кристаллизация шва и др. [4]. Механические
Рис. 9. Схемы изменения напряжения и силы тока при импульсно-дуговой
сварке с импульсами одинаковых (а, г) и различных (б, в. д) параметров:
t' t ... — длительность горения дуги; t ' , t ... — длительность импульса; 1 *»
Д Д ИИ и
Iи ... — величина импульсов тока
колебания электрода или сварочной ванны дают возможность
изменять характер переноса электродного металла, кристалли-
зацию шва, форму провара и др. [4].
Прекращение процесса сварки. Во многих случаях эта ста-
дия также оказывает большое влияние на качество сварного со-
единения. На практике применяют два способа прекращения
процесса (рис. 10): путем естественного обрыва дуги после оп-
лавления остановленной электродной проволоки и путем прину-
дительного обрыва дуги при размыкании или обесточивании сва-
рочной цепи. В некоторых случаях в конце сварки шва умень-
шают силу тока и напряжение и только после заварки кратера
прекращают процесс одним из указанных способов. Продолжи-
тельность прекращения процесса сварки зависит от напряжения
холостого хода источника питания, диаметра электрода, силы то-
ка и других факторов.
При первом способе прекращения процесса длина оплавлен-
ного участка электродной проволоки определяется максималь-
ной длиной дуги до обрыва /д.р, величина которой зависит от на-
пряжения холостого хода, рода защитного газа и диаметра элек-
трода (рис. 11). Если длина дуги до обрыва /д.р будет больше,
12
чем вылет электрода, то при прекращении процесса сварки воз-
можно оплавление токоподвода мундштука и прожог изделия.
Если длина дуги до обрыва превышает вылет электрода, приме-
няют второй способ прекращения процесса. При этом продолжи-
тельность прекращения процесса значительно меньше, чем при
Рис. 10. Схемы изменения напряжения и силы тока при пре-
кращении процесса сварки путем остановки электрода (а),
разрывом цепи (б) и с заваркой кратера £в):
Т'о — полная длительность прекращения процесса; — длительность
обрыва дуги; Z] — длительность торможения электрода; fj — дли-
тельность горения дуги пониженной мощности
Рис. 11. Зависимость длины дуги до обрыва /л р от напря-
жения холостого хода источника Ux.t, рода защитного
газа (а) и диаметра электрода (б). Полярность обратная
первом способе. Для прекращения процесса необходима мгно-
венная остановка проволоки, в противном случае возможно
«примерзание» электрода к шву. Недостатком этого способа яв-
ляется также подгорание контактов контактора, разрывающего
цепь под током.
2. Дуга в защитных газах
При сварке плавящимся электродом в качестве источника энер-
гии, обеспечивающего плавление электродного и основного ме-
таллов, используется электрическая дуга.
13
Дуга, в отличие от других видов разрядов в газах, характе-
ризуется низким катодным падением потенциала, а следователь-
но, низким общим напряжением дуги и высокой плотностью то-
ка. Электрическая дуга по длине имеет три области, отличаю-
щиеся физическими явлениями, протекающими в них (рис. 12).
Рис. 12. Схема дуги при сварке плавящимся электродом
в защитных газах (а) и схема распределения потенциала
по длине дуги (б):
/ — плавящийся электрод; 2 — капля жидкого металла; 3 —
столб дуги; 4 — ореол; 5 — жидкая ванна; 6 — свариваемое из-
делие.
/с — длина столба дуги; dK da— диаметры катодного и анодного
пятен; /к, / а— длина катодной и анодной областей
Участки, непосредственно примыкающие к электродам, называ-
ют катодной (у отрицательного электрода) и анодной (у по-
ложительного электрода) областью, а участок между ними —
столбом дуги. Протяженность катодной области равна пример-
но 1 • 10~5— 1 • 10“* см, а анодной 1 • 10~3— 1 • 10~4 см.
Те части электродов, на которые опирается дуга и через ко-
торые проходит основной ток дуги, называют активными пятна-
ми, на положительном электроде — анодным, а на отрицатель-
ном — катодным пятном. Размеры катодного пятна обычно
меньше, чем анодного. Распределение потенциала по длине элек-
трической дуги неравномерное. Около электродов происходят
скачки падения потенциалов, вызванные условиями прохождения
электрического тока на границе между ионизированным газом
и металлическими электродами. Общее падение напряжения на
дуге
^ = ^ + t/a + i/CT, (1)
где UK и U&— катодное и анодное падение напряжения; —
падение напряжения в столбе дуги.
14
Столб дуги. Столб дуги или дуговая плазма,— это совокуп-
ность электронов, ионов, возбужденных и невозбужденных ней-
тральных атомов и молекул. В столбе дуги непрерывно протека-
ют процессы рождения (ионизации) и гибели (рекомбинации)
заряженных частиц (электронов и ионов). Так как столб дуги
содержит заряженные части, то он обладает электрической про-
водимостью.
Сила тока в столбе дуги /д, т. е. перенос зарядов в направ-
лении электрического поля, записывается в следующем виде:
/д = /е + /<; = eri'V'.S + en^iS, (2)
где е — заряд электрона; пе и nt — концентрация электронов и
ионов; и Vi — направленные компоненты скоростей электронов
и ионов; S — сечение столба дуги.
Поскольку масса электронов т значительно меньше, чем
масса ионов ЛТ, то скорость их превосходит скорости ионов. По-
этому ток в дуге переносится в основном электронами. Скорость
электронов в направлении электрического поля
ve = ЬеЕ = а — . — Е, (3)
"I «ое
где Ье — подвижность электронов; Е— напряженность электри-
ческого поля в столбе дуги; а — числовой коэффициент, завися-
щий от распределения тепловых скоростей электронов voe и по
порядку величины близкий к единице [12]; Хе— длина свободно-
го пробега электронов.
Таким образом, изменение силы тока в столбе электрической
дуги может происходить в результате изменения концентрации
электронов, их направленной скорости, следовательно, длины
свободного пробега, тепловой скорости и напряженности элек-
трического поля в столбе дуги, а также сечения столба дуги.
Концентрация электронов характеризуется степенью иониза-
ции. Отношение концентрации заряженных частиц (при одно-
кратной ионизации пе = rii) к концентрации частиц п = пй 4- п„
соответствующей данному давлению и температуре, называют
степенью ионизации:
а = —(4)
Ла + П(
где пА — концентрация нейтральных атомов при малой степени
ионизации,
= , (5)
kT
где р — давление; k — постоянная Больцмана; Т — температура.
При определенной силе тока дуги и давлении, равном или
большем атмосферного, когда число столкновений электронов с
другими частицами велико, в плазме дуги устанавливается так
15
называемое термическое равновесие, при котором Г« Ге« Г,«
« Га (где Ге, Л и Га — температуры электронов, ионов и ней-
тральных атомов). Такую плазму называют изотермической [12].
В аргоновой плазме при атмосферном давлении термическое
равновесие устанавливается, если сила тока дуги превышает
10А, а в гелиевой плазме — если сила тока дуги выше 150А [31].
В изотермической плазме степень ионизации и концентрацию
электронов можно найти по уравнению Саха [75], если известна
эффективная энергия ионизации газа, заполняющего дуговой
промежуток Е|Эф:
Ei эф
W = 2и((Т) / 2пт \3/2 ^,3 2е-
Па иа(Т) \ Л2 /
где щ(Т), иа(Г)—статистические суммы внутренних степеней
свободы ионов и нейтральных атомов соответственно; h — по-
стоянная Планка.
В реальных условиях электрическая дуга с плавящимися
электродами горит не в однородном газе, а в смеси газов и па-
ров, имеющих*различные потенциалы ионизации. При этом па-
ры материала электродов и вещества, находящиеся на их по-
верхности (например, окислы щелочных и щелочноземельных
элементов), имеют значительно меньший потенциал ионизации,
чем защитные газы (табл. 1). Как показывает опыт, преимуще-
ственно ионизируются элементы с наименьшим потенциалом ио-
низации. В результате эффективный потенциал ионизации смеси
оказывается близким к потенциалу ионизации компонента, име-
ющего наиболее низкий потенциал ионизации. Это происходит
Таблица J
Энергия однократной ионизации £,, работа выхода электрона уа,
энергия сродства к электрону £д некоторых элементов [42, 76, 77]
Га з эВ £Л- эВ Эле- мент e., эВ *8’ эВ Эле- мент E<- эВ ’a- эВ ea • эВ
Не 24,58 <0 А1 5,98 4,25 0,52-4-1,19 Cs 3,89 1,81 0,23
Аг 15,76 <0 Сг 6,76 4,59 0,98 Pb 4,18 2,16 0,27
n2 15,50 <0 Ti 6,82 3,95 0,39 к 4,34 2,22 0,30
N 14,53 0,54 Мо 7.10 4,29 1.3 Na 5,14 2,33 0,35
н2 15.60 <0 Мп 7,43 3,38 — Ba 5,21 2,4 —
Н 13,60 0,8 Ni 7,63 4,91 1,28 Li 5,39 2,38 0,616
О2 12,5 0,44 Mg 7,64 3,64 — La 5,61 3,3 —
О 13,61 2,0 Си 7.72 4,36 1,8 Ca 6,11 2,96 —
со2 13,8 — Fe 7,87 4,40 0,58 В 8,30 4,90 0,3
со 14,01 W 7,98 4,5 1 — J 10,45 2,8—6,8 3,17
HF 15,77 — Si 8,15 4,80 1,46 Br 11,84 — 3,51
Cd 8,99 4,10 — Cl 13,01 — 3,76
C 11,26 4,45 1,33 F 17,42 — 3,62
16
при условии наличия его в достаточном количестве [69, 93]. Та-
ким образом, состав дугового газа, определяющий пе и Т дуги,
зависит от защитного газа и физико-химических свойств элек-
тродов.
Зависимость состава плазмы от полярности электродов мо-
жет иметь место в дуге, горящей между электродами из различ-
ных материалов. Одна из причин этого заключается в различ-
ной эффективности поступления паров материалов катода и ано-
да в плазму дуги. При испарении с катода нейтральные атомы
материала катода в области катодного падения потенциала ин-
тенсивно ионизируются и электрическое поле положительного
объемного заряда препятствует их переносу в столб дуги. При
Sфении с анода электрическое поле и диффузия способству-
поступлению атомов вещества анода в столб дуги. Поэтому
ективный потенциал иоизации плазмы дуги в большей сте-
пени будет зависеть от материала анода, чем от материала ка-
тода.
Таким образом, параметры плазмы можно изменять в широ-
ких пределах путем изменения эффективного потенциала иони-
зации дугового газа, например активированием электродной
проволоки или изделия. При этом снижение эффективного по-
тенциала ионизации газа в столбе дуги приводит к уменьшению
напряженности электрического поля и температуры столба, уве-
личению размеров дуги и, как следствие, к понижению концен-
трации энергии дуги. А это для большинства случаев сварки не-
желательно.
Характерная особенность любой дуговой плазмы заключает-
ся в термическом механизме возбуждения и ионизации, при ко-
тором ответственным за развитие ионизации (в случае а>10-5)
являются электроны [12]. Электрическое поле столба дуги в этих
условиях задает только направление развития процесса иониза-
ции между электродами (от катода к аноду).
Направленная скорость электронов пропорциональна длине
свободного пробега электронов между соударениями. Поэтому с
возрастанием Хе направленная скорость будет повышаться.
В общем случае длина свободного пробега электронов в плаз-
ме дуги определяется через концентрацию в ней нейтральных
атомов и ионов и эффективные поперечные сечения взаимодей-
ствия электронов с нейтральными атомами Qea (упругие столк-
новения) и ионами Qei (кулоновские взаимодействия) [12, 74].
С повышением средней тепловой скорости электронов voe их
направленная скорость из-за возрастания числа соударений бу-
дет уменьшаться [см. формулу (3)]
Напряженность электрического поля в столбе дуги (гради-
ент потенциала столба дуги) определяет величину энергии, не-
2 Заказ 1374
обходимой для существования дугового разряда в данных ус-
ловиях. с тем чтобы обеспе ить перенос заданного тока. Чем
больше давление и интенсивнее теплоотвод от столба дуги, тем
выше установится напряженность электрического поля. Напри-
мер. присутствие в столбе водорода, обладающего наибольшей
теплопроводностью и наименьшей вязкостью по сравнению с ар-
гоном, гелием, азотом и углекислым газом, приводит к повыше-
нию напряженности электрического поля в столбе. Аналогичное
действие оказывает введение в дугу газов, обладающих положи-
тельным сродством к электрону и образующих отрицательные
ионы. В случае испаряющихся электродов напряженность в
столбе Е зависит от потенциала ионизации материала электро-
дов Ei (табл. 2).
Таблица 2
Напряженность электрического поля в столбе в зависимости
от материала электродов
1 _ Пара- метры Матерна 1 «.-.ехтрода
А| В Sn РЬ Ni Си Pd Cd Pt Zn C
эВ 5,98 7,29 7,34 7,42 7,57 7,63 7,72 8,33 8,99 9,0 9,39 11,26
Е, В/см 24 38 35 42 37 38 38 42,5 55 57 51 85
1 По данным М. Н. Турко и В. Н. Ильченко.
Среднюю величину напряженности электрического поля обы-
чно определяют делением общего падения напряжения в столбе
дуги на длину дуги и считают, что она не изменяется по длине.
Однако имеются данные, что Е изменяется по длине дуги [99].
Минимальное значение Е наблюдается в части столба дуги, при-
мыкающей к аноду.
Поперечные размеры столба дуги, горящей в открытом объ-
еме, определяются: силой тока дуги, теплопроводностью газа,
заполняющего дуговой промежуток, и давлением. Чем больше
теплоотвод от столба дуги, давление и меньше сила тока дуги,
тем меньше размеры столба дуги. Теплопроводность атомарных
газов с повышением температуры увеличивается плавно [74]. В
связи с этим температура от оси столба к периферии уменьшает-
ся плавно. В молекулярных газах наблюдается иная картина.
В центральной части столба основная часть молекул диссоции-
рована, а снаружи газ находится в молекулярном состоянии.
Молекулы, попадая в зону высоких температур, диссоциируют,
поглощая соответствующую энергию.
Следовательно, энергия по радиусу столба дуги передается
не только за счет теплопроводности (т. е. передачи кинетической
энергии), но и за счет передачи энергии диссоциации Поэтому,
с одной стороны, ближе к оси дуги температура по радиусу ду-
18
ги выравнивается; с другой стороны, ближе к периферии, там
где имеет место диссоциация, температура резко снижается. В
связи с этим поперечные размеры столба дуги в молекулярных
газах (N2, СО2) меньше, чем в атомарных газах. Чем меньше
диаметр дуги, тем выше плотность тока, а следовательно, боль-
ше избыточное давление в столбе дуги, вызываемое собствен-
ным магнитным полем На оси столба дуги это давление равно
(Н/м2) 174]
Р = lO-’lj, (8)
4л
где р. — магнитная проницаемость среды для плазмы, может
быть принята равной 1; р0 — магнитная постоянная, ц0 =
= 4л’1О-7 Г/м; / — сила тока, А; / — плотность тока, А/м2.
Таким образом, можно ожидать, что избыточное давление на
оси столба дуги в углекислом газе будет выше, чем в столбе ду-
ги аргона.
По данным ряда работ температура дуг при сварке плавя-
щимся электродом сравнительно невелика — 5000—6500 К 130].
В дугах с неплавящимися электродами температуры значитель-
но выше 174. 99]. Низкие температуры дуг с плавящимся элек-
тродом, по-видимому, определяются более низким эффективным
потенциалом дугового газа из-за наличия большого количества
паров металла в дуге, а также охлаждением столба электрод-
ным металлом, переходящим в ванну.
Изменения внешнего давления, при котором горит дуга, су-
щественно влияют на ее размеры и форму. С увеличением дав-
ления повышается напряженность поля в столбе [45], а размеры
дуги уменьшаются. Опыты показывают, что с увеличением дав-
ления при сварке плавящимся стальным электродом в аргоне
или в смеси аргона с 2—5% О2 размеры дуги уменьшаются, по-
вышается напряжение дуги. Дуга приобретает форму, типичную
для дуги в углекислом газе. С уменьшением давления до 0,2—
0,3 кгс/см2 дуга при сварке в углекислом газе становится похо-
жей на дугу в аргоне, увеличиваются ее размеры и снижается
напряжение. Таким образом, изменяя давление, при котором
горит дуга, можно значительно изменять электрические и энер-
гетические характеристики дуг.
Как указывалось, сварочная дуга с плавящимися электрода-
ми в защитных газах характеризуется сильным излучением. Со-
став излучения и его интенсивность зависят от рода защитного
газа, свариваемого металла и электрода, мощности дуги, раз-
меров ее столба и давления. Основным источником излучения
является столб дуги [104]. Спектр излучения различных дуг ле-
жит в пределах длин волн 1700—50 000 А (рис. 13). Наиболее
вредными для глаз и кожи человека являются ультрафиолето-
вые (1700—4000 А) и коротковолновые инфракрасные (7000—
О*
19
15 000 Л) лучи [90]. Интенсивность ультрафиолетового излучения
зависит от рода защитного газа и, по-видимому, материала
электродов. Так, дуга в аргоне характеризуется более интенсив-
ным ультрафиолетовым излучением, чем дуга в углекислом
газе.
Мощность, потребляемая столбом дуги от источника пита-
ния, отводится в окружающее пространство посредством тепло-
(6) и стали в углекислом газе (в)
/ — излучение солнца; 2 — общее излучение при сварке;
3 — излучение столба дуги; 4 — излучение с электродов
Рис. 13. Интен-
сивность излуче-
ния дуг с плавя-
щимся электро-
дом при ручной
дуговой сварке
(а) [104], автома-
тической сварке
алюминия в аргоне
[90]:
проводности U/T, излучения №и и конвекции WK. Энергетический
баланс единицы длины столба дуги можно записать так:
IE = WT + WK + WK. (9)
В сварочных дугах потери энергии от конвекции невелики,
и их можно не учитывать. Доля энергии, теряемой от теплопро-
водности и излучения, зависит от температуры столба дуги. Мо-
жно полагать, что в высокоамперных дугах с плавящимися
электродами потеря энергии происходит в основном посредст-
вом излучения.
Катодная область. Процессы, протекающие в катодной об-
ласти, имеют основное значение в поддержании дугового разря-
да и получении стабильной дуги. Но в объяснениях механизма
явлений в катодной области до сих пор нет единого мнения.
Под действием электрического поля столба дуги на катод
свободно поступают ионы, образующиеся в плазме дуги. Эти
ионы создают у катода положительный объемный заряд, что при-
20
водит к появлению катодного падения потенциала. Электроны,
для того чтобы покинуть металл, должны преодолеть некий по-
тенциальный барьер. С этой целью электронам необходимо со-
общить энергию, превосходящую работу выхода электронов из
материала катода. Эту энергию электроны могут получить раз-
личными путями. Эмиссия электронов с поверхности катода мо
жет происходить под действием электрического поля положи-
тельного объемного заряда (автоэлектронная эмиссия) при на-
греве катода до температур, при которых возможна термоэлек-
тронная эмиссия, при нейтрализации положительных ионов на
катоде (ионно-электронная эмиссия), под действием фотоэлек-
тронных и других явлений [12, 78].
При сварке плавящимся электродом, по-видимому, имеют
место все основные виды эмиссии, но доля их неодинакова и за-
висит от многих факторов, в первую очередь от материала ка-
тода и силы тока дуги. Полагают, что в случае алюминиевых и
медных катодов преобладает автоэлектронная эмиссия. Для же-
лезных катодов допускают вероятность также термоэлектронной
эмиссии [79]. Известно, что при сварке на переменном токе тер-
моэлектронная эмиссия с железных электродов повышает ста-
бильность процесса [40]. Работа выхода электронов фэ и катод-
ного падения потенциала UK зависят от материала катода, со-
стояния его поверхности и наличия на ней других элементов и
окислов, температуры катода и напряженности внешнего элек-
трического поля (табл. 3). Большой разброс значений UK может
быть объяснен различными условиями горения дуг в исследо-
ванных случаях.
Таблица 3
Ориентировочные значения катодного UK и анодного (Jл
падения потенциала в дугах с плавящимся электродом
Катод Анод Сила тока дуги, A Газовая среда и , в к' ° Источ- ник
Fe Fe 100— 200 Воздух 16,0—17,0 6,0—9,0 187]
Си Си 100-200 » 12,0—13,0 10,0—11,0
А1 Al 100—200 13,0—14,0 10,0—11,0
Fe Fe 100-250 > 13,0—13,5 7,0—8,0 [101]
Си Си 100—250 » 14,5—15,0 8,5 -11,0
AI Al 100—250 » 13,5—14,0 8,5—10,0
Fe Си 150-250 Аргон 8,3-8,7 — [3]
Си Fe, d9 = 1 мм 150—250 > — 2,3—3,2
Fe Fe, d9 = 1 мм 100—200 Углекислый газ 7,5-9,0 1,2—3,3
Fe Fe 1.5 Воздух 15,1 — [28]
Си Си 1,6 » 16,0 —
Al Al 1,0 > 14,4 —•
21
При сварке плавящимся электродом поверхность в катодном
пятне нагрета до температуры кипения, и с поверхности его все-
гда происходит интенсивное испарение. Появление паров метал-
ла катода, имеющих, как правило, более низкий потенциал по
сравнению с дуговым газом, приводит к понижению катодного
падения потенциала. Например, нанесение на катод при сварке
в защитных газах щелочных, щелочноземельных и редкоземель-
ных элементов или их соединений уменьшает катодное падение
и разогрев катода. Аналогично ведет себя добавка 2—5% О2 к
аргону [93]. Размеры катодного пятна и его подвижность зави-
сят от материала и состояния поверхности катода, наличия на
ней других элементов, а также силы тока дуги. В большинстве
случаев при сварке плавящимся электродом катодное пятно бес-
порядочно перемещается (блуждает) по катоду. Размеры его с
увеличением тока возрастают.
Определить размеры катодного пятна на плавящемся элек-
троде сильноточной дуги весьма трудно, поэтому сведения о его
размерах часто противоречивы. Однако размеры катодного пят-
на меньше столба дуги [28]. По данным ряда работ, плотность
тока в катодном пятне лежит в пределах 1 • 103 4- 1 • 107 Л/см2
[28, 74, 79].
Рассмотрим баланс энергии на катоде. Катод получает энер-
гию от плазмы столба дуги за счет энергии положительных ио-
нов QIK, теплопроводности QT K и излучения Qh.k:
Qk = Ql к "Ь Qt.K 4" Qh.K • (10)
Энергия, которую передают катоду ионы, складывается из их
кинетической энергии Ki и разности между энергией ионизации
и энергией, затрачиваемой ионом для своей нейтрализации на
поверхности катода, т. е. работой выхода фо-
Кинетическая энергия ионов К, состоит из средней энергии
теплового движения в направленном пучке ионов и энергии, при-
обретаемой после прохождения области катодного падения по-
тенциала:
Qi к — Л к
г / \
gl^+Uк ) + фо
\ е /
(И)
где g— коэффициент аккомодации энергии ионов для данного
металла катода.
Часть энергии, которую уносят с собой эмиттируемые като-
дом электроны, равна /бкФ (где ф — работа выхода электронов
в присутствии электрического поля; если при этом катод наг-
рет до высоких температур, то следует учесть дополнительное
уменьшение работы выхода в результате подогрева катода).
Катод теряет энергию на нагрев, плавление и испарение мате-
риала катода U7nK, а также в результате теплопроводности, из-
22
лучения и др. Таким образом, уравнение баланса энергии като
да в общем виде запишется:
Л Jef'— + +
\ е )
+ Qt.k 4- Qh.k =
-/екф + ^пк + ^к-
(12)
При сварке плавящимся электродом полезной является энер-
гия Кк, поэтому целесообразно увеличение левой части урав-
нения и уменьшение потери /Р|.(р и U/K. С целью увеличения
энергии, выделяющейся на катоде, следует стремиться увели-
чить долю ионного тока и катодное падение потенциала.
Анодная область. Ток в этой области переносится отрица-
тельно заряженными частицами-электронами, а в случае нали-
чия в дуговом промежутке газов, обладающих электроотрица-
тельным потенциалом,— также и отрицательными ионами. В
большинстве дуг у анода формируется отрицательный объемный
заряд с положительным падением потенциала, ускоряющим дви-
жение отрицательно заряженных частиц по направлению к ано-
ду. При этом устанавливается анодное падение потенциала
обеспечивающее перенос заданного тока через переходную об-
ласть между плазмой и анодом. Величина анодного падения по-
тенциала в основном определяется параметрами плазмы, сече-
нием анодного пятна и силой тока [74]. При сварке плавящимся
электродом анод, интенсивно испаряясь, поставляет в анодную
область пары металла, обладающие низким потенциалом иони-
зации. Ионизация паров в анодной области приводит к увеличе-
нию концентрации ионов, и в результате анодное падение потен-
циала уменьшается (см. табл. 3). Наличие в столбе дуги и анод-
ной области электроотрицательных частиц приводит к повыше-
нию анодного падения потенциала и вызывает сужение дуги.
Сечение анодного пятна зависит также от силы тока дуги и
интенсивности теплоотвода от анода. Размеры анодного пятна
обычно больше размеров катодного пятна. Анодное пятно также
имеет тенденцию перемещаться по поверхности электрода, но
оно менее подвижно, чем катодное. По аналогии с областью ка-
тодного падения потенциала уравнение баланса энергии на ано-
де имеет вид:
+ +4>)+<?ra + Q«a = W>'a.. + W'., (13)
\ е )
где QT.a и Qlia — энергия, поступающая на анод в результате
теплопроводности и излучения; и/п.а — затраты энергии на наг-
рев, плавление и испарение анода; 1Га — потеря энергии анодом
на теплоотвод и излучение и др.
Потоки плазмы. В электрических дугах, особенно при боль-
23
ших токах, наблюдаются потоки плазмы, исходящие из электро-
дов. При сварке плавящимся электродом в защитных газах эти
потоки оказывают большое влияние на характер плавления и пе-
ренос электродного металла, а также проплавление изделия.
Основными причинами возникновения плазменных потоков яв-
ляются интенсивное поверхностное испарение электродов в ак-
тивных пятнах и сжатие столба дуги у электродов. Струя пара
всегда выбрасывается перпендикулярно испаряемой поверхно-
сти. Попадая в дугу, нейтральные атомы и молекулы возбуж-
даются, ионизируются и приобретают вид плазменных потоков.
Начальную скорость струи пара можно определить следующим
образом:
w
»п =------.
</иР
(14)
где со — плотность энергии, выделяющейся в активном пятне;
qn — теплота испарения материала электрода; р — плотность па-
ра.
При наличии сужения дуги у электродов в результате изме-
нения сечения столба по длине дуги возникает градиент плотно-
сти тока, а следовательно, и перепад избыточного давления [см.
формулу (12)], который приводит к осевому течению плазмы,
направленному от электродов. Максимальная скорость потока
на оси дуги Vi в этом случае определяется [74] так:
1 2цц0
/?а у 4л2р
(15)
где /?а — радиус активного пятна.
При сварке в защитных газах плавящимся электродом наб-
людаются потоки плазмы с обоих электродов. Результирующий
поток плазмы определяется их взаимодействием и может быть
направлен как на изделие, так и на электрод. При этом потоки
плазмы могут совпадать и не совпадать со столбом дуги.
При сварке в углекислом газе, азоте и водороде на обратной
полярности обычно доминирующим на средних и повышенных
токах является поток с анода. Вследствие высокой концентра-
ции тепла в анодном пятне и слабой конусности дуги определя-
ющим является испарение. Известно, что в этих случаях поток
плазмы затрудняет перенос электродного металла в ванну. При
сварке в аргоне, наоборот, из-за меньшей концентрации энергии
в активных пятнах и большей конусности дуги при токах выше
критических перемещение плазмы от электрода к изделию, по-
видимому, определяется в основном собственным магнитным по-
лем. При этом поток плазмы способствует переносу электродного
металла.
24
Вольт-амперные характеристики дуг с плавящимися
электродами
Одной из важнейших характеристик дуги в целом является
вольт-амперная характеристика, выражающая зависимость
17д = /(/д), которая служит основным критерием при выборе ис-
точника питания дуги Вольт-амперную характеристику между
Рис. 14. Статические вольт-амперные характеристики некоторых дуг
в углекислом газе и аргоне [8]. Полярность обратная
установившимися значениями напряжения и силы тока при по-
стоянной длине дуги называют статической, а между неустано-
вившимися — динамической.
На рис. 14 приведены статические вольт-амперные характе-
ристики ряда свободногорящих дуг при сварке в защитных га
зах плавящимся электродом. Как следует из этих данных, в ди-
апазоне рабочих токов при сварке плавящимся электродом
вольт-амперные характеристики возрастающие. Отсутствие па-
25
дающей ветви вольт-амперной характеристики, по-видимому,
обусловлено большими токами. На малых токах вольт-амперная
характеристика может быть падающей и жесткой.
Возрастание вольт-амперной характеристики с увеличением
силы тока можно объяснить тем. что в рабочем диапазоне то-
ков замедляется рост концентрации заряженных частиц, а уве-
личению сечения столба препятствует собственное магнитное по-
ле и магнитное поле тока, текущего по электроду [44]. Следова-
тельно, возрастание силы тока прежде всего происходит из-за
увеличения направленной скорости заряженных частиц, т. е. на-
пряженности электрического поля, а не в результате увеличения
концентрации заряженных частиц и поперечных размеров стол-
ба дуги как при падающей вольт-амперной характеристике. Чем
меньше диаметр электрода, тем больше крутизна подъема вольт-
амперных характеристик при одинаковых длинах дуг. С увели-
чением длины дуги крутизна подъема вольт-амперных характе-
ристик также несколько увеличивается.
Форма статической вольт-амперной характеристики опреде-
ляется родом защитного газа и материалом плавящихся элек-
тродов. Это обусловлено изменением параметров плазмы дуги,
что находит свое выражение в различной напряженности элек-
трического поля Е, и изменении приэлектродных падений по-
тенциала UK + Ua. Ориентировочные данные, приведенные в
табл. 4, показывают, что с увеличением /д и диаметра электрода
сумма UK 4- Ua и Е повышаются. Эти параметры также увели-
чиваются при замене аргона гелием и углекислым газом. Осо-
бенно большие значения суммы (7К 4- (7а и Е обнаружены при
сварке в водяном паре и под водой, что может быть объяснено
присутствием в зоне дуги водорода.
Динамические вольт-амперные характеристики, описываю-
щие свойства импульсной дуги, устанавливают соотношение
между напряжением и током, изменяющимся во времени, и со-
держат три переменных £/д, /д, /. На рис. 15 приведены динами-
ческие вольт-амперные характеристики импульсной дуги при
сварке плавящимся электродом в аргоне. Начало характеристи-
ки лежит в точке А, координаты которой определяются началь-
ными значениями напряжения и силы тока дуги. При скоростях
нарастания силы тока выше скоростей ионизации или при спаде
силы тока со скоростью, большей скорости деионизации, дина-
мическая вольт-амперная характеристика имеет петлеобразную
форму, появляется так называемый гистерезис тока [12]. Во всех
исследованных авторами случаях при ум пул ьсно-дуговой сварке
в защитных газах верхняя ветвь динамической характеристики
соответствует фронту нарастания силы тока, а нижняя — спаду.
Гистерезис обусловлен тем, что концентрация носителей заряда
(электронов и ионов) остается от предыдущих моментов време-
ни заниженной при нарастании тока и завышенной при спаде си-
лы тока. Поэтому для переноса одного и того же тока в первом
26
Ориентировочные данные о потенциалах в дугах при сварке плавящимся электродом на обратной полярности
27
28
случае необходима большая напряженность электрического по-
ля, чем во втором.
Таким образом, гистерезис характеризует инерционность то-
ка дуги, обусловленную инерционностью прсцессов ионизации—
деионизации. Отсутствие гистерезиса динамических характери-
стик при малых скоростях изменения силы тока свидетельствует
об отсутствии инерционности тока дуги. В этом случае можно
считать, что динамическая вольт-амперная характеристика сов-
падает со статической при условии сохранения неизменной дли-
ны дуги за время изменения тока. Увеличение амплитуды им-
пульса тока и скорости его изменения приводит к увеличению
гистерезиса. Влияние диаметра электрода иллюстрирует рис.
15, а. Изменение рода защитного газа не изменяет положения
ветвей динамической вольт-амперной характеристики при нара-
стании и спаде силы тока. Однако форма петли характеристики
зависит от рода защитного газа. Это может быть объяснено тем,
что скорости ионизации и деионизации в различных газах раз-
личные.
Совместный анализ вольт-амперных характеристик дуги и
источника питания позволяет оценить устойчивость системы ду-
га— источник питания. При установившемся состоянии это мо-
жет быть выполнено по условию [12]
д!
/Р > о.
dl ). р
(16)
где
диД дии
и ——тангенс наклона вольт-амперной характе-
ристики дуги и источника питания в диапазоне рабочих токов
/р.
Вольт-амперные характеристики устойчивого
течения процесса сварки
При многих видах процессов сварки напряжение и сила тока
закономерно изменяются в больших пределах, а в ряде случаев
дуга горит с перерывами. Поэтому за основные электрические
характеристики, единые для всех процессов, могут быть приня-
ты напряжение Z7CB и сила тока /св сварки, которые для общего
случая имеют вид:
гц
Ua-(u(t)df, (17)
О
гц
7CB=hW/, (18)
где u(t) и i(7) —мгновенные значения напряжения и силы то-
ка; Гц — длительность цикла.
29
Величина UCB включает в себя падение напряжения на дуге,
вылете электрода и переходном контакте между токоподводом
и электродной проволокой.
В некоторых случаях при сварке стационарной дугой прово-
локой больших диаметров с малым удельным электрическим со-
противлением напряжение сварки Uru близко к напряжению ду-
ги Ua. В большинстве же случаев UCB является сложной функ-
цией и определяется как среднее или действующее значение по
осциллограммам изменения напряжения в процессе сварки.
В отдельных случаях Ucv и /гп могут быть также определены
по упрощенным формулам [см., например, формулы (29) и (30)].
В общем виде процесс сварки в защитных газах плавящимся
электродом стационарной и нестационарной дугой может быть
описан вольт амперными характеристиками устойчивого течения
процесса сварки £/св = f(/св)• Эти характеристики выражают за-
висимость между напряжением сварки Urn и сварочным током
/сп при сварке с постоянной скоростью подачи электродной про-
волоки. Установлено, что эти характеристики зависят от рода
защитного газа, диаметра и состава электродной проволоки,
программы изменения энергии процесса, силы тока, полярности,
вылета и нагрева электрода и не зависят от внешней характе-
ристики источника питания.
По вольт-амперным характеристикам устойчивого течения
процесса сварки в аргоне и углекислом газе (рис. 16) видно, что
с увеличением скорости подачи электродной проволоки кривые
6/св = П/гв) смещаются в сторону больших токов и изменяется
их наклон. Так, при сварке в углекислом газе на малых токах
(при малых скоростях подачи проволоки), в пределах которых
процесс протекает с частыми естественными короткими замыка-
ниями, повышение напряжения приводит к уменьшению силы
сварочного тока. Можно полагать, что это вызвано уменьшением
числа коротких замыканий, увеличением доли энергии, выделя-
ющейся при горении дуги.
При сварке на больших токах (больших скоростях подачи
проволоки), при которых процесс протекает с редкими коротки-
ми замыканиями или без них, с увеличением напряжения сила
тока растет. При этом, чем больше скорость подачи проволоки,
тем больше увеличивается сила тока с повышением напряжения.
По-види.мому, основной причиной этого является увеличение по-
терь на излучение с увеличением силы тока дуги, а также изме-
нение вылета электрода.
Изменение рода защитного газа и диаметра электрода не ме-
няет отмеченной закономерности. С уменьшением диаметра
электрода изменение наклона кривых Ucn = f(/гв) проявляется
более резко. Изменение состава электродной проволоки отража-
ется на наклоне вольт-амперных характеристик процесса в том
случае, если изменяется удельное электрическое сопротивление
электрода. С увеличением удельного электрического сопротив-
30
ления наклон вольт-амперных характеристик увеличивается.
Уменьшение вылета электрода приводит к увеличению силы сва-
рочного тока и тем большему, чем больше изменение падения
напряжения на вылете.
Характеристики устойчивого течения процесса сварки могут
быть использованы для оценки стабильности процесса при из-
менении параметров режима и внешних характеристик источни-
ка
в
50
40
50
20
10
Uc6,
6
50
40
50
20
Юм/ч^ бмегг /200 2 20мм 500 '/800м/ч
7 / L
Вылет/2мм // \ /Л 0^1,2 г мм
Ж. । 350 м 1ч

О 100 200 300 400 500 600 1cg,A 100 200 300 400 Icg,A
б) г)
Рис. 16. Вольт-амперные характеристики устойчивого течения про-
цесса сварки в СО2 (а. б, в) и аргоне (г). Проволока Св-08Г2С,
полярность обратная
ка питания, а также для настройки режима сварки и оценки
производительности плавления электрода. Напряжение сварки,
напряжение дуги и длина дуги при изменении вылета изменяют-
ся по-разному в зависимости от наклона внешней характеристи-
ки источника питания.
Соответственно напряжению изменяется и длина дуги [21].
Минимальные колебания напряжения сварки и длины дуги при
изменениях вылета электрода наблюдаются при использовании
источников питания с жесткой и пологопадающей внешней ха-
рактеристикой. При этом, чем больше диаметр электрода и
меньше его удельное электрическое сопротивление, тем меньше
31
изменяется падение напряжения на вылете и длина дуги. Боль-
шие изменения напряжения сварки и длины дуги при случайных
колебаниях вылета, неизбежных, например, при полуавтомати-
ческой сварке, могут привести при питании от источников с кру-
топадающей и возрастающей внешней характеристикой к нару-
шениям процесса.
3. Перенос электродного металла
Перенос металла с электрода на изделие является одной, из важ-
нейших характеристик сварки плавящимся электродом в за-
щитных газах (рис. 17), он определяет технологические харак-
теристики и области применения процессов сварки. Перенос
металла может происходить в виде жидких капель различных
размеров и пара. Основные виды переноса электродного метал-
ла следующие:
при сварке стационарной дугой
1) крупнокапельный1 с короткими замыканиями разрядного
промежутка;
2) крупнокапельный без коротких замыканий;
3) перенос каплями среднего размера без коротких замыка-
ний;
4) струйный перенос;
при сварке нестационарной дугой
1) перенос каплями среднего размера без коротких замыка-
ний;
2) перенос с принудительным закорачиванием разрядного
промежутка каплями.
При сварке нестационарной дугой перенос электродного ме-
талла выполняют принудительно по определенной программе.
Перенос с принудительными короткими замыканиями можно
осуществить по двум схемам: принудительным перемещением
только капли электродного металла и изменением скорости пла-
вления электродной проволоки и давления дуги. Последний вид
переноса называют часто переносом с частыми короткими замы-
каниями.
Силы, действующие при переносе электродного металла
При сварке в защитных газах на каплю электродного метал-
ла действуют следующие основные силы: сила тяжести FT; сила
поверхностного натяжения AnH; электродинамическая сила F3!l;
реактивное давление испаряющегося с поверхности капли метал-
ла и выделения газа Fp; сила давления потоков плазмы и бом-
бардировки заряженными частицами Fa.
1 Крупными каплями будем считать капли диаметром 1.5 и более, сред-
ними— капли диаметром (0,7-г 1,4) d», мелкими — капли диаметром менее
0,7 da
32
Ом
а
х
с
я
я
t-
<и
S
о
<_
о
X
el
о
о.
X
о
е;
т
3 Заказ 1374
33
Помимо этих сил, в ряде случаев оказывают существенное
влияние сила давления струи защитного газа и энерция движе-
ния капли, например при вибрации электрода.
Сила тяжести. Сила Гт оказывает существенное влияние
только при значительных размерах капель. В зависимости от
пространственного расположения шва сила Fr способствует от-
рыву капли от электрода (в нижнем положении), препятствует
отрыву (в потолочном) или стремится отклонить каплю от оси
электрода (в вертикальном положении). Капля на конце элек-
трода имеет обычно шарообразную или эллиптическую форму.
Силу Fr в этих случаях можно вычислить по простейшим зави-
симостям:
для сферической капли
Ft = а 4" (19)
О
для эллиптической капли
FT = а 4" (20)
и
где а — коэффициент, учитывающий часть жидкого металла, ос-
тающегося на электроде; /?к — радиус капли; h — большая ось
капли; у — средняя плотность металла капли при температуре
жидкой капли; я— ускорение свободного падения.
Размер капли определяют по данным скоростной киносъем-
ки или расчетным путем по скорости подачи проволоки и часто-
те переноса. Так. с учетом температуры капли в расчетах можно
принимать: для алюминия yai = (2,2ч-2,3) 103 кг/м3 (при темпе-
ратуре капель 1200—1600 К) [18]; для сталей Св-08ГС и Св-
08Г2С уст = 7- I03 кг/м3 (при температуре капель 2200—2600 К)
[20].
Сила поверхностного натяжения. Сила Гп.н обычно препят-
ствует переносу капель с электрода в ванну. Местом приложения
силы FaH может быть принято такое сечение»’на жидкой капле,
в котором эта сила минимальна. До образования шейки местом
приложения силы Гпн может быть принята плоскость, проходя-
щая через границу между твердым и жидким металлом. В этом
сечении силу £п.н, направленную по касательной к поверхности
капли, можно разложить на составляющие: осевую Гп.н(о), удер-
живающую каплю на электроде, и радиальную Fn.H(ph стремя-
щуюся сжать каплю и образовать шейку (сечение АЛ, рис. 18).
Эти составляющие можно определить следующим образом:
F„ .к (о) = 2no/?3cos(p; (21)
Fn.H(p) = 2na/?9sin<p, ' (22)
где о — коэффициент поверхностного натяжения материала
электрода при заданной температуре в месте приложения силы
34
Лып <F — угол между касательной и образующей поверхности
электрода в месте перехода от твердого к жидкому металлу.
После образования шейки местом приложения силы Fn.H мо-
жно считать плоскость, проходящую через минимальное сечение
шейки жидкого металла (сечение Л'А', рис. 18,6). Размер ка-
пель, отрываемых принудительно от электрода, влияет на соот-
ношение сил Гп.н(о) и Fn.Hfp) и отрыв капель. Эксперименты пока-
зывают, что наиболее легкий отрыв капель наблюдается при со-
б)
Рис, 18. Схема сил поверхностного натяжения, действующих на каплю
до образования шейки (а), при образовании шейки (б) и изменение си-
лы поверхностного натяжения при капле (в) (импульсно-дуговая свар-
ка алюминия в аргоне проволокой Св-АД-1 диаметром 1,6 мм):
хпок- Длительность покоя; тотр— длительность отрыва
отношениях радиуса капли /?к к радиусу электрода в преде-
лах 1,15—1,5.
р
При —— <1,15 значительно уменьшается сила Fn.H(p) и увели-
/?э
чивается сила Fn.n(o), что затрудняет образование шейки и отрыв
р
капли. При —— > 1,5 размер капель чрезмерно велик и прину-
/?э
дительный отрыв их также затруднен. Определение силы Гп.п за-
труднено в основном из-за отсутствия достоверных данных о
величине коэффициента поверхностного натяжения от. Литератур-
ные данные разноречивы; так, как для стали приведены значе-
ния о от 1000-10~2 до 1570-10 2 Н/см [20], а для сплавов алю-
миния типа АМг — от 320 • 10-2 до 600 • 10-2 Н/см [18]. В. И. Дят-
лов полагает, что коэффициент о мало зависит от температуры
[18]. Другие авторы придерживаются иного мнения. Приближенно
величину о можно подсчитать по формуле
а = 2,1 —Гкр~^—,
/ 1 \ 2/3
( м — )
\ ¥ J
(23)
З1
35
2
где 7’кр = —- Ткнп; 7*— температура капли; Ткип— температура
кипения металла капли; М—молекулярная масса металла кап-
ли; у— удельный вес.
Коэффициент а зависит от легирующих элементов, а также
от окружающей каплю атмосферы. При увеличении содержания
азота от 0,02 до 0,23% в хромоникелевой стали сила Гп.п повы-
шается от 1100-10-2 до 2500-10~2 Н/см. Кислород, понижает по-
верхностное натяжение. Небольшие количества шлака на по-
верхности капель при сварке в защитных газах, по-видимому,
незначительно изменяют поверхностное натяжение.
В расчетах при сварке в защитных газах принимают для
стали о = 1200-Ю-2 Н/см, а для сплавов алюминия типа
ЛМг п = 445‘10~2 Н/см [60]. Изменение радиуса шейки при от-
рыве капли приводит к изменению Fnil (рис. 18,6).
Электродинамическая сила F3a возникает при прохождении
тока по проводнику из-за взаимодействия тока с собственным
магнитным полем. Если сечение проводника постоянно, то эта
сила направлена по радиусу к оси проводника и стремится его
сжать. Осевая составляющая ее равна
р ЦЦо*2
Гэд(о.р) = —-• (*4)
сП
Если сечение проводника неодинаковое по длине, то возни-
кает осевое усилие F3fl(a), направленное от меньшего сечения к
большему. Это усилие на участке проводника радиусами
R\ < R? можно записать так:
с НИо*2 / 9 к \
^эд(а) = —--1П (^5)
4л К ।
Таким образом, осевая сила не зависит от направления
тока.
Изменение поперечного сечения проводника возможно в ме-
сте перехода от твердого электрода к жидкой капле и в месте
перехода от капли к дуге. Местом приложения электродинами-
ческой силы при отрыве капли от электрода можно условно при-
нять плоскость, в которой жидкая шейка минимальна, и в рас-
четах принимать R\ равным радиусу шейки, a R2 — равным ра-
диусу активного пятна на капле.
Реактивное давление испаряющегося металла и выделения
газа. Расплавленный металл на электроде и изделии в зоне
активных пятен находится при температуре, близкой к темпе-
ратуре кипения (18, 20]. Поэтому с активных пятен происходит
интенсивное испарение, а иногда и газовыделение. Из газов, ко-
торые могут образоваться на электроде, существенно образова-
ние окиси углерода. Можно полагать, что окисление углерода
оказывает заметное влияние только при сварке высокоуглероди-
стых сталей. При сварке низкоуглеродистых сталей окисление
36
углерода и газовыделение невелико и реактивное давление опре-
деляется в основном испарением металла. Потоки паров напра-
влены перпендикулярно к испаряющейся поверхности, но по-
скольку пары в дуге ионизируются, то дальнейшее направление
потока пара определяется направлением собственного или внеш-
него магнитного поля в дуге. Реактивную силу испарения можно
подсчитать по формуле
Fp = Mv, (26)
где М— масса металла, испаряющегося с поверхности в едини-
цу времени; v — начальная скорость струи пара.
Сила давления потоков плазмы дуги. Потоки плазмы обра-
зуются в результате испарения металла и действия электродина-
мических сил. В большинстве дуг с плавящимися электродами
наблюдается одновременно два потока плазмы, двигающихся от
электродов навстречу один другому. Мощность этих потоков не-
одинакова. Более мощный поток подавляет слабый и определяет
результирующее усилие, действующее на электрод и ванну.
Плазменные потоки, часто обладающие большой кинетической
энергией, оказывают значительное давление на электроды. По-
мимо этого, может возникать отраженный поток, оказывающий
воздействие на каплю. Не исключена возможность создания
плазменным потоком зоны пониженного давления у электродов,
с которых они истекают [74]. Усилие, создаваемое плазменным
потоком, может быть найдено следующим образом:
^пл = Л4пло, (27)
где М11Л — масса потока плазмы, проходящая через заданное се-
чение в единицу времени; и— скорость потока плазмы в задан-
ном сечении.
Характеристики основных видов переноса
Крупнокапельный перенос. Крупная капля образуется на
электроде постепенно и долго удерживается на нем. Если кап-
ля больше длины разрядного промежутка, то переход ее в ван-
ну сопровождается коротким замыканием разрядного промежут-
ка и погасанием дуги. Если капля меньше длины разрядного
промежутка, то переход ее в ванну происходит без короткого за-
мыкания.
Основными силами, обусловливающими крупнокапельный пе-
ренос, являются сила тяжести и сила поверхностного натяжения.
При сварке в углекислом газе, азоте и водороде большое влия-
ние на перенос оказывают также силы, обусловленные действи-
ем плазменных потоков и реакции испарения. Эти силы припод-
нимают каплю над ванной, оттесняют ее на боковую поверхность
электрода и приводят в беспорядочное колебательное движение.
Силы давления дуги, как и сила поверхностного натяжения, пре-
37
пятствуют отрыву капли от электрода, увеличивают размер ка-
пель и разбрызгивание. Отрыв капли от электрода и направле-
ние ее полета определяются на малых токах в основном силой
тяжести, а на больших токах электродинамической силой. По-
этому процессы сварки с крупнокапельным переносом электрод-
ного металла применимы для сварки в нижнем положении.
Размер капель при крупнокапельном переносе зависит от ро-
да защитного газа, материала и диаметра электрода, напряже-
ния дуги, тока, полярности (см. табл. 5, рис. 20, 47). С повы-
шением напряжения дуги, диаметра электрода и переходом на
прямую полярность диаметр капель увеличивается. С увеличе-
нием тока диаметр капель уменьшается. Данные о переносе
электродного металла в ряде газов приведены в табл. 5.
Таблица 5
Характеристики крупнокапельного переноса электродного металла
при сварке в защитных газах (d3 = 2 мм)
Род газа Марка электрода Сила свароч- ного тока. А О X X о * с. с XCQ Диаметр капли, мм Число капель в секунду Время роста капли, с Время (с) и вид перехода капли в ванну
Аргон, обратная полярность СвАМгб 140 22 5,3 4 0,247 0,003 (без коротких замыканий)
Аргон, обратная полярность СВ-06Х19Н9Т 150 24 3,8 5,5 0,178 0,004 (без коротких замыканий)
Углекислый газ, обратная полярность Св-08Г2С 200 27 -3 12 0,078 0,005 (при коротких замыканиях)
Углекислый газ, прямая полярность СВ-08Г2С 150 27 3.9 6 0,1615 0,0055 (при коротких замыканиях)
Азот, обратная полярность Бр.Амц-9-2 140— 180 24-26 2,88 10 0,097 0,003 (при коротких замыканиях)
Разбрызгивание металла при сварке с крупнокапельным пе-
реносом без коротких замыканий происходит в основном из-за
случайного вылета за пределы шва крупных капель и система-
тического выброса мелких (рис. 19,а, б). При сварке в аргоне
разбрызгивание невелико, а в многоатомных газах (СО2 N2, Н2)
38
сравнительно велико, при этом из ванны также выбрасываются
и мелкие капли при выделении СО2 (рис. 19,в). При сварке с
короткими замыканиями разбрызгивание происходит из-за вы-
100 200 500 400 500 let, А
Рис. 19. Основные виды разбрызгивания при сварке в СО2. СО2 + О2, N2.
Аг+более 25% СО2 и Аг + более 33% Na непрерывно горящей дугой (а, б, в),
с короткими замыканиями (г, д, е), при использовании ржавой проволоки
(яс), в начале процесса сварки (з) и зависимость потерь 4р от силы тока
при сварке на обратной полярности (и)
броса мелких капель от взрыва шейки (рис. 19,г), выброса ос-
татка капли с электрода при повышенных токах /к.э (рис. 19, д)
и расплескивания ванны (рис. 19, е) при очень больших токах
/кз. Для уменьшения разбрызгивания рекомендуется ограничи-
39
вать скорость нарастания и силу тока /кз. Это достигается вклю-
чением в сварочную цепь дросселя [21, 50] или дросселя и бал-
ластного реостата [38, 39, 50]. При сварке в СО2, СО2 4- О2, N2,
Аг + СО2 (>25%) и Аг + N2 (>33%) разбрызгивание суще-
ственно зависит от напряжения, тока и состояния поверхности
проволоки (рис. 19, и).
Разбрызгивание особенно резко увеличивается при исполь-
зовании ржавой проволоки, что приводит к частым взрывам
крупных капель (рис. 19,ж). С повышением напряжения и в ди-
апазоне средних токов увеличение потерь происходит главным
образом из-за выброса крупных брызг. В начале сварки и при
нарушениях процесса наблюдается резкое увеличение разбрыз-
гивания в результате выброса нерасплавленной части электрода
и расплескивания ванны (рис. 19,з).
Перенос каплями среднего размера. Такой перенос электрод-
ного металла возможен при импульсном ведении процесса,
а стационарной дугой — при сварке порошковой проволокой,
например в углекислом газе проволокой рутилового типа на
средних и больших токах. Разбрызгивание при этом процессе
очень малое.
Струйный перенос. При струйном переносе жидкий металл
на электроде вытянут в виде конуса, с конца которого отры-
ваются мелкие капли. Оплавляющийся конец электрода также
имеет конусообразную форму. Значительная доля электродного
металла переносится в виде пара (до 20%) [51].
При струйном переносе электродного металла основными
являются электродинамическая сила, сила поверхностного
натяжения и, по-видимому, силы действия плазменных потоков.
Предполагают, что существенно также влияние реактивной си-
лы испарения [18]. Сила тяжести невелика, поэтому электрод-
ный металл переносится в ванну во всех пространственных
положениях.
Струйный перенос электродного металла наблюдается при
сварке в инертных газах и смесях их с другими газами (см.
табл. 12, 13). Минимальную силу тока, при которой наступает
струйный перенос, называют критической силой тока /нр [51].
С увеличением коэффициента поверхностного натяжения и диа-
метра электрода /кр возрастает. Струйный перенос возможен
при сварке на обратной и на прямой полярности.
Обычно критическая сила тока и диаметр капель на прямой
полярности больше, чем на обратной. С увеличением свароч-
ного тока диаметр капель уменьшается, а частота переноса
увеличивается (рис. 20). С повышением напряжения дуги уве-
личивается длина расплавленной конусообразной части элек-
трода и размер капель, а сила тока /Кр несколько уменьшается.
Струйный перенос отличается высокой стабильностью разме-
ров капель и малым разбрызгиванием. Разбрызгивание в основ-
ном наблюдается при кипении расплавленного металла. При
40
заниженном напряжении дуги разбрызгивание резко увеличи-
вается из-за выброса за пределы шва капель электродного
металла и взрыва жидких перемычек между каплями и элек-
тродом.
Рис. 20. Зависимость объема капель VK и частоты их переноса пк от силы
тока при сварке алюминия в аргоне (а, б), углеродистой стали в смеси
Аг + 1% О2 (в) и бронзы в смесях Ar + N2 (г) (93, 94, 96, 107]
На больших токах струйный перенос переходит во враща-
тельно-струйный. Характерным при этом является значитель-
ная величина расплавленной конусообразной части электрода
и вращение ее вокруг электрода. Капли отрываются от конца
жидкой части и часто вылетают за пределы шва. Основное
41
значение в переходе от струйного переноса к вращательно-
струйному, по-видимому, имеет увеличение длины расплавлен-
ной части электрода, усилие взаимодействия тока, протекаю-
щего по этой части электрода, с собственным магнитным полем
и возросшее с повышением силы тока реактивное усилие испа-
рения. В некоторых случаях при большой длине расплавленной
части электрода наблюдается изгиб ее по спирали (рис. 21).
Сила тока, при которой происходит переход от струйного к вра-
щательно-струйному переносу, зависит от материала, диаметра
и вылета электрода, предварительного разогрева электрода и
напряжения дуги. Аналогичная картина наблюдается при уве-
личенных вылетах электрода.
С увеличением вылета электрода, предварительного его
разогрева и с повышением напряжения дуги сила тока перехода
Вылет !5мм
1а^2В0А
Вылет 40мм
1св =200А
Вылет 40мм
Jet =450 А
Вылет 60мм
1СВ=28ОА
Рис. 21. Изменение переноса электродного металла с увеличением силы то-
ка и вылета электрода. Полярность обратная. Аг + I % О2, проволока
Св-08Г2С. d.. = 1.6 мм
уменьшается [93]. В отличие от струйного переноса при котором
обеспечивается процесс сварки с высокими технологическими
свойствами, вращательно-струйный перенос характеризуется по-
вышенным разбрызгиванием, непостоянством длины дуги, на-
пряжения и силы тока.
Управление переносом электродного металла
При сварке стационарной дугой характер переноса в основ-
ном определяется силой тока и напряжением дуги, т. е. теми же
параметрами, что и размеры шва. В результате в ряде случаев
процесс сварки сопровождается переносом электродного метал-
ла с повышенным разбрызгиванием. При сварке нестационарной
дугой можно принудительно, независимо от силы тока и напря-
жения сварки, задавать желаемый вид переноса электродного
металла, что позволяет расширить диапазон режимов и техно-
логические возможности сварки в защитных газах плавящимся
электродом. Рассмотрим характеристики наиболее распростра-
ненных трех видов управляемого переноса.
Капельный перенос без коротких замыканий осуществляется
при импульсно-дуговой сварке в инертных газах и смесях их
с кислородом и углекислым газом. Образование капли на элек-
42
троде и сброс ее в направлении оси электрода достигается
путем импульсного повышения силы тока в определенных пре-
делах, зависящих от рода защитного газа, материала и диамет-
ра электрода, пространственного выполнения сварки и ряда
технологических задач. В этом случае перенос происходит в ос-
новном каплями. Доля электродного металла, переходящего
в виде пара, невелика. Принудительный сброс капель в ванну
возможен при ведении сварки во всех пространственных поло-
жениях. Диаметр капель dK обычно задают (0,5 4- l,5)t/n. Если
длина дуги больше (2 -ь 2,5) rfK, то перенос происходит без КО-
Рис. 22. Схема изменения сил,
действующих на каплю во время
импульса тока (а), и соотношение
параметров импульсов, сбрасыва-
ющих с электрода по одной кап-
ле (б), сплав АМгб, аргон
ротких замыканий разрядного промежутка, а если меньше, *то
с короткими замыканиями.
Основными силами, определяющими этот вид переноса
в инертных газах, являются электродинамическая сила и сила
поверхностного натяжения. Сила тяжести и давление дуги на
каплю сравнительно невелики, и их можно не учитывать. С уве-
личением импульса тока увеличивается электродинамическая
сила, которая приводит к образованию шейки между каплей и
электродом и сбросу капли с электрода. В процессе образова-
ния и отрыва капли сила поверхностного натяжения также
изменяется (рис. 22).
Основные характеристики переноса при импульсно-дуговой
сварке — диаметр капель, частота переноса, скорость полета
капель и другие определяются в первую очередь параметрами
импульсов, а именно: энергией импульсов, характеризующейся
их амплитудой, длительностью и формой импульса и частотой
следования импульсов. Критерием оценки переноса электродно-
43
го металла может быть принят характер перемещения центра
тяжести капли относительно конца электрода. Можно выделить
три типичных вида переноса электродного металла (рис. 23):
I) импульс не сбрасывает каплю с электрода;
2) импульс сбрасывает с электрода только одну каплю (при
сварке во всех пространственных положениях);
3) импульс тока сбрасывает с электрода несколько капель.
В первом случае под действием электродинамических сил
за время импульса тока капля вытягивается в направлении
ванны. Однако приложенного усилия недостаточно для полного
преодоления сил поверхностного натяжения, и через некоторое
время после окончания импульса сила поверхностного натяже-
ния и давление дуги возвращают каплю в первоначальное поло-
жение на электроде. Сброс капли с электрода происходит после
воздействия на нее нескольких импульсов тока, когда размеры
капли увеличатся. Диаметр сброшенных капель непостоянен.
Скорость полета капель после отрыва от электрода невелика и
составляет 40—70 см/с.
Во втором случае сброс капли происходит под действием
электродинамической силы, которая вытягивает жидкий металл
и формирует каплю. В зависимости от параметров импульса
отрыв капли возможен в конце импульса или спустя некоторое
время после окончания импульса. Диаметр сброшенных капель
постоянен. Скорость полета капель после отрыва от электрода
составляет 120—200 см/с. Оставшийся на электроде жидкий
металл при отрыве капли подбрасывается вверх. При правильно
подобранных параметрах импульсов разбрызгивание неболь-
шое.
В третьем случае электрод интенсивно подплавляется, жид-
кий металл на электроде вытягивается в сторону ванны, капля
отрывается от электрода до окончания импульса. После отрыва
капли резко ускоряется оплавление электрода и формируется
вторая капля, которая также сбрасывается с электрода. При
очень больших импульсах наблюдается вытягивание жидкого
металла на электроде в конус и сброс нескольких капель одним
импульсом. Размер сбрасываемых капель неодинаков. Скорость
полета также неодинакова, но всегда больше 250 см/с. При
таких скоростях крупные капли, ударяясь о ванну, вызывают ее
расплескивание и ухудшают формирование шва.
Для отрыва капли от электрода необходимо затратить
определенную энергию, которую условно можно назвать «рабо-
той отрыва». При сварке в аргоне эту работу совершает элек-
тродинамическая сила, а препятствует отрыву сила поверхност-
ного натяжения. Капля после отрыва должна обладать
определенной скоростью, чтобы попасть в ванну на изделии при
сварке во всех положениях. Для определения электродинамиче-
ской силы, необходимой для отрыва капли, можно воспользо-
ваться теоретическими положениями динамики точки перемен-
44
Рис. 23. Внешний вид дугового промежутка и осциллограммы напря-
жения и силы тока при импульсно-дуговой сварке в аргоне с им-
пульсами, не сбрасывающими каплю с электрода (и), сбрасывающими
по одной капле (б) и по две капле (в)
15
ной массы, причем количество движения капли принять равным
импульсу равнодействующей электродинамической силы и силы
поверхностного натяжения. Считая начальную скорость капли
относительно нерасплавленного торца электрода равной нулю,
уравнение количества движения можно записать:
Ма = I F9A(t)dt —
л
)'Л.н(0^, (28)
л
где AfK— масса капли; — скорость капли в момент отрыва,
можно принять ук = 120,0 4- 200,0 см/с; Гэд(/)—электродина-
мическая сила; FniI(/)—сила поверхностного натяжения.
Установлено, что наиболее приемлемыми являются им-
пульсы средних энергий, сбрасывающие с электрода по
одной капле. Абсолютные значения параметров этих импуль-
сов зависят от рода защитного газа, материала и диаметра
электродов, частоты следования импульсов, силы тока и на-
пряжения сварки. В качестве примера на рис. 22, б приведены
зависимости величины импульсов тока, сбрасывающих по
одной капле, от длительности импульса и диаметра электрода.
Соотношения между величиной и длительностью импульса
выбирают с учетом ряда технологических факторов, например
толщины металла, необходимой глубины провара, положения
шва в пространстве и др.
В общем случае необходимая для сброса капель величина
импульса . тока пропорциональна критическому току сварки
в защитных газах стационарной дугой. Исследования показали,
что направленный сброс капель может быть получен во всех
пространственных положениях на токах сварки от /св — — до
2,5
1,2/кр (см. табл. 12, 13). При сварке с импульсами, сбрасы-
вающими по одной капле, частота переноса и размер капель
задаются частотой следования импульсов. На практике сварку
ведут с частотами следования импульсов 25—150 имп./с, а
наиболее часто — 50 и 100 имп./с.
Разбрызгивание при импульсно-дуговой сварке происходит
при выбросе за пределы шва небольшого количества мелких
капель, образующихся из шейки при отрыве капли от элек-
трода. Значительное разбрызгивание наблюдается при непра-
вильном выборе параметров импульсов (чрезмерно больших)
и ведении сварки очень короткой дугой с нерегулярными ко-
роткими замыканиями дуги каплями, а также при случайных
совпадениях импульса тока и короткого замыкания. В послед-
нем случае происходит обычно взрыв жидкой перемычки между
электродом и ванной, расплескивание ванны и выброс из зоны
дуги отдельных капель.
При импульсно-дуговой сварке в инертных газах с прину-
дительным закорачиванием разрядного промежутка перенос
46
электродного металла происходит за две стадии. Первая —
принудительное перемещение капли на электроде до соприкос-
новения с ванной — осуществляется импульсом тока путем воз-
действия электродинамической силы. Вторая — переход капли
с электрода в ванну при коротком замыкании — происходит под
действием электродинамической силы и сил поверхностного
натяжения. Переход капли завершается перегоранием жидкой
шейки между каплей и электродом. Во избежание повышенно-
го разбрызгивания металла сила тока короткого замыкания
в момент перегорания жидкой шейки не должна быть большой.
Скорость нарастания силы тока /к,3 не оказывает решающего
влияния на переход электродного металла в ванну.
В дугах со значительным давлением плазменных потоков,
направленных на электрод (СО2, N2, Н2), перепое электродно-
го металла с принудительным отрывом капель получить не
удалось. Управляемый перенос может быть получен путем
принудительного периодического изменения скорости плавле-
ния электродной проволоки и давления дуги. Сварку ведут
при малой длине дуги, не превышающей (2 4-3)4Э. В резуль-
тате при постоянной скорости подачи электрода и периодиче-
ском уменьшении скорости плавления электрода и давления
дуги образовавшаяся на электроде капля закорачивает раз-
рядный промежуток и переходит в ванну. Основными силами,
определяющими переход капли в ванну, являются электроди-
намическая сила, силы поверхностного натяжения и отчасти
сила тяжести. Такой перенос наблюдается при сварке тонкой
проволокой (rf3 = 0,5-e-1,4 мм) в углекислом газе, гелии и
других газах.
Размер капель и характер перехода их в ванну зависят
от рода защитного газа, диаметра и материала электрода,
режима сварки и динамических свойств источника питания.
Рассмотрим основные закономерности данного вида пере-
носа на примере сварки в углекислом газе тонкой проволокой.
Одним из важнейших факторов, определяющих характер
переноса с частыми короткими замыканиями, является напря-
жение. С повышением напряжения длина дуги и размер капель
увеличиваются, а частота перехода капель в ванну умень-
шается (рис. 24, табл. 6).
Сопоставление действительного (по кинокадрам) и расчет-
ного размеров капель позволяет предположить, что при сварке
на высоких напряжениях (24 В и более) внутри крупных ка-
пель имеются газовые пузыри. При низких напряжениях
(17—20 В) и малых размерах капли последние переходят
с электрода в ванну при первом же закорачивании разрядного
промежутка. При высоких напряжениях (24 В и более),
крупная капля беспорядочно колеблется на конце электрода
и часто несколько раз кратковременно замыкает разрядный
промежуток, прежде чем перейдет в ванну. С увеличением
47
сварочного тока частота перехода капель в ванну увеличи-
вается, а размер их сначала несколько уменьшается, а затем
увеличивается (табл. 7).
Переход на прямую полярность приводит к некоторому
увеличению размера капель и длительности пребывания капли
на электроде (табл. 6, рис. 24). Характерно изменение формы
Рис. 24. Переход капли с электрода в ванну при сварке в углекислом га-
зе проволокой Св-ЮГС, d, = 0,8 мм на обратной (а) и прямой (б) по-
лярности при различных йя. Скорость съемки 4800 кадров в секунду
48
Таблица 6
Влияние напряжения на перенос электродного металла при сварке
н углекислом газе проволокой Св-10ГС диаметром 0,8 мм
Напряжение. В
Характеристика переноса Обратная полярность Прямая полярность
17 20 24 '7 Ы «
Число капель, переходящих с элект- рода за 1 с Максимальный диаметр капель, мм: действительный расчетный Длительность, с: накопления капли перехода капли общая жизни капли Примечание. Скорость подачи расход углекислого газа 420—480 л'ч. го высокими скоростями нарастания тс 150 0,8— 0,9 0,8 0,0053 0,0014 0,0067 проволо Питан ка 'к.э 100 1.1 — 1 3 0,9 0,0085 0,0015 0,0100 ки 252 ие от те \ Д/ 28 2,3- 3,0 1.8 0,0340 0,0017 0,0357 м ч. вы. нератор =* 1 2 (1 105 0,9— 1.0 0,0078 0,0017 0,0095 «ет элек a ASEA, 180 к 82 1,3— 1,4 0,0104 0,0020 0,0124 трода 11 обла да Ас). 46 1,8- 2,0 0,0195 0,0023 0,0218 мм. юте-
Таблица 7
Влияние сварочного тока на перенос электродного металла при сварке
в углекислом газе проволокой Св-ЮГС диаметром 0,8 мм
Характеристика переноса Сила сварочного тока, А
60 95 120 1 45
Скорость но чачи электродной про-
волоки, м/ч 146 252 335 457
Число капель, переходящих с элект-
рода за 1 с 70 100 105 ПО
Максимальный действительный дна-
метр капли, мм 1,2- 1,4 1.1 — 1.3 1,3 -1,5 1,5 -1,6
Длительность, с:
накопления капли 0,0130 0,0085 0,0079 0,0073
перехода капли 0,0013 0,0015 0,0016 0,0018
общая жизни капли 0,0143 0,0100 0,0095 0,0091
П р и м е ч а н и е. Обратная полярность, вылет кисло.о газа 420 180 л ч- Источник питания ASEA электрода 1 0 мм. расход угле-
дуги, которая как бы охватывает каплю и рассредоточивается.
Скорость плавления электродной проволоки при этом повы-
шается. По-видимому, существенно уменьшается давление
дуги, так как наблюдается меньшее оттеснение крупных капель
от ванны при напряжении 24 В. Перенос электродного метал-
ла также происходит при коротких замыканиях разрядного
I tih.n 1371 49
промежутка. Повышение напряжения дуги меньше влияет на
размер капель, чем при обратной полярности. Значительная ско-
рость плавления электрода и беспорядочные колебания круп-
ных капель приводят к большему разбрызгиванию, чем при
сварке на обратной полярности. С увеличением диаметра
электрода увеличивается диаметр капель и длительность пре-
бывания их на электроде, а частота перехода капель умень-
шается. Увеличение вылета электрода способствует ускорению
расплавления электродной проволоки и увеличению диаметра
капель. При этом длительность существования капель на элек-
троде значительно увеличивается, а частота перехода умень-
шается.
Характер образования и переноса капель зависит от
скорости нарастания и силы тока /к.3, определяющих програм-
му изменения мгновенной мощности процесса сварки. Увели-
чение скорости нарастания /к,3 в пределах устойчивого течения
процесса сварки приводит к некоторому уменьшению размера
капель и увеличению частоты их перехода. Время перехода
капли уменьшается. Электродинамическая сила, возрастаю-
щая с увеличением скорости нарастания /ьз, способствует ус-
корению перехода капли в ванну.
При сварке в вертикальном и потолочном положениях
электродинамическая сила при несколько повышенных скоро-
стях нарастания /кз способствует переходу капли в ванну и
уменьшает стекание жидкой ванночки. При скоростях нара-
стания /к.з больше рекомендуемых быстрое нарастание тока
в начале короткого замыкания капли с ванной приводит
к появлению значительной электродинамической силы, препят-
ствующей переходу капли в ванну. Жидкий мостик между
каплей и ванной быстро перегревается и перегорает со взры-
вом. В результате этого каплю отбрасывает от ванны, и она
вылетает за пределы шва и часто засоряет горелку (см.
рис. 25, а). При чрезмерно малых скоростях нарастания /кз
затягивается переход капли в ванну, в результате чего при
сварке на низких и средних напряжениях нерасплавленный
конец электродной проволоки погружается в ванну жидкого
металла, которая при погасании дуги часто движется навстре-
чу электроду. Нерасплавленный электрод разогревается мед-
ленно на большой длине, а затем перегорает со взрывом, что
увеличивает разбрызгивание (рис. 25, в). При сварке в угле-
кислом газе проволокой диаметром 0,8—1,4 мм на режимах
с частыми короткими замыканиями разбрызгивание происхо-
дит в основном из-за перегорания жидких перемычек между
Л/к .
каплей и электродом. При завышенных величинах —— , /к.а
и UCB разбрызгивание увеличивается из-за выброса крупных
капель или части капли и расплескивания ванны (см. рис. 19,
25,6). Для уменьшения разбрызгивания необходимо, чтобы
50
капля полнее перешла в ванну и перемычка была возможно
Л/к 3
меньше. Это достигается подбором величин -------, /к.3 и Ucn,
оптимальные значения которых зависят от диаметра электрода
и положения шва в про-
странстве [21, 103].
При сварке с крупно-
капельным переносом на
повышенных Uru и при
1,6 мм разбрызгива-
ние резко увеличивается
в результате выброса за
пределы шва крупных ка-
пель. Причиной этого яв-
ляется блуждание и по-
вышенное давление дуги.
С увеличением (7СВ, маг-
нитного дутья, а также
при наличии на проволо-
ке ржавчины и загрязне-
ний в среднем диапазоне
токов разбрызгивание
увеличивается (см. рис.
19). Для уменьшения
разбрызгивания необхо-
димо строго соблюдать
оптимальные соотноше-
ния между напряжением
и силой тока, использо-
вать чистую электродную
проволоку, прокаленную
при 200—250° С в течение
2 ч для удаления водоро-
да, бороться с магнитным
дутьем, а также выпол-
нять сварку на токах, при
которых разбрызгивание
минимальное, а также
вести сварку с переклю-
чением режима, исклю-
чая использование силы
тока в диапазоне 300—380
Рис. 25. Разбрызгивание электродного ме-
талла при сварке в углекислом газе прово-
локой Св-10ГС, d, = 0,8 мм при питании
от источников с большой скоростью нара-
(А/в з'.
-----1= 400 кА/с (а), при
А/ /
большой величине /к □ = 700 А (6) и очень
. / Д^к.з \
малой скорости нарастания /к.з |“—1=
= 20 кА/с (в)
А, при которых разбрызгивание
максимально (см. рис. 19,6). Уменьшение разбрызгивания и
улучшение формирования шва при использовании проволоки
Св-08Г2С диаметром 1,6—4 мм может быть достигнуто также
путем включения в сварочную цепь дросселя [21, 103].

51
Сварка в инертных
газах и их смесях
4. Инертные газы, их свойства и получение
Аргон. Аргон применяют главным образом в сварочном произ-
водстве и в металлургии.
Аргон — бесцветный, неядовитый газ, почти в полтора раза
тяжелее воздуха (табл. 8). С большинством элементов аргон не
образует химических соединений, кроме некоторых гидридов.
В металлах в основном нерастворим как в жидком, так и в
твердом состоянии.
Таблица 8
Физические свойства газов
Газ Атомная масса Молеку- лярная масса Плотность при 0° С и 760 мм рт. ст. Темпера- тура кипения. °C Теплопро- водность при нор- мальных условиях. кал (их хч °С> Удельная тепло- емкость 1 т при + 20 °C. кал (|•OC)
Аргон 39,944 - 1,7833-10 3 - 185,5 16,1** 0,125
Гелин 4,003 — 0,17847-10 3 -268,9 134** 1,251
Азот 14,008 28,016 1,251-10 3 — 196 21,6* —.
Кислород 16 32 1,429-10" 3 — 183 22.5 0,2185***
Водород 1,008 2,016 0,08988 103 --259 150,8* —-
Воздух * пг ** П[ *** П| >и 1 5 °C и )И 4 1 — 43 ° >и 0° С. 29 760 мм рт. С и 760 мм 1,293 10 3 СТ. рт. ст. — 190 22,1 0,2400***
В промышленности аргон получают из воздуха в раздели-
тельных колонках путем избирательного испарения с после-
дующим глубоким охлаждением и фракционной перегонкой.
Полученный таким путем аргон содержит некоторое количество
кислорода.
Дальнейшая очистка от кислорода производится беспламен-
ным сжиганием водорода в аргоне или другим способом.
В чистом аргоне все же остаются небольшие количества кисло-
рода, азота и влаги. Поскольку для сварки различных сплавов
52
цветных металлов требуется Таблица 9 аргон различной ЧИСТОТЫ, то Состав газообразного аргона (%), промышленность вытекает выпускаемого согласно его трех марок (табл. 9). ГОСТ 10157—62
Аргон марки Л рекоменду- ют использовать при сварке активных и редких металлов и их сплавов (Ti, Zr, Nb); марки Б — для сварки сплавов на ос- нове магния, алюминия; мар- ки В — для сварки нержавею- щих, жаропрочных и окалино- стойких сталей. Марка Лг (не менее) о, n2 Влага при 760 мм рт. ст., г/м’
Не более
А Б В 99,99 99,96 99,90 0,003 0,005 0,005 0,01 0,04 0,10 0,03 0,03 0,03

Отпускается, транспортируется и хранится аргон в стальных
баллонах в газообразном виде при давлении 150 кгс/см2 или
в жидком переохлажденном состоянии (Г —186° С. р =
= 1 4- 10 кгс/см2).
Для сварки углеродистых легированных сталей необходим
аргон, содержащий 1—5% О2. Такой аргон выпускается по со-
ставу близким к аргону марки В.
Гелий. В промышленности гелий применяют в меныпих объе-
мах, чем аргон. Используют его во многих отраслях техники:
металлургии, подводно-спасательном деле, авиации, медицине,
сварочном производстве и др. Гелий не образует химических сое-
динений с большинством элементов.
Гелий — бесцветный газ, без запаха и вкуса неядовит,
хорошо диффундирует через твердые тела, значительно легче
воздуха и аргона (см. табл. 8). Гелий получают в основном из
природных газов путем их сжижения. Для сварки используют
гелий высокой чистоты и сорта А (табл. 10).
Таблица 10
Состав гелия (%), используемого для сварки
Сорт Не (не менее) н, N, О» Углеводо- роды Ne,
Не более
Высокой чистоты 99,985 0,0025 0,005 0,002 0,003 0,002
А 99.950 0,008 0,02 0,005 0,007 —
Транспортируется и хранится гелий в газообразном состоя-
нии в стальных баллонах при р = 150 кгс/см2 или в сжиженном
состоянии при р 2 кгс/см2. Стоимость гелия значительно вы-
ше, чем аргона, поэтому применяют его в основном при сварке
химически чистых и активных материалов и сплавов, а также
сплавов на основе алюминия и магния.
53
Таблица 11
Состав азота (об. %),
выпускаемого по ГОСТ 9243—59
Состояние N, (не менее) О, (не более)
Г азообразный: электровакуумный 99,9 0,1
1-го сорта .... 99,5 0,5
2-го сорта .... 99,0 1,0
Жидкий 96,0 4,0
Смесь аргона и гелия. На
практике изредка применяют
смеси аргона и гелия (50%
Аг 4- 50% Не и 40% Аг 4-
4- 60% Не). Смесь получают
смешиванием двух газов, отби-
раемых из двух отдельных бал-
лонов.
Азот. В сварочном произ-
водстве азот находит ограни-
ченное применение. Его ис-
пользуют для сварки меди и
ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным
газом. По отношению к большинству других металлов он яв-
ляется активным газом, часто вредным, и от него стремятся из-
бавиться. Азот — бесцветный газ, неядовит (табл. 11).
5. Разновидности, особенности
и области применения
Сварка в аргоне
При сварке плавящимся электродом в аргоне могут быть
получены процессы: с крупнокапельным переносом электродного
металла, струйный и импульсно-дуговой (табл. 12).
Рис. 26. Внешний вид разрядного промежутка при
крупнокапельном (а) н струйном (б) процессах
сварки в аргоне. Алюминиевая проволока АД1,
dn = 2 мм, полярность обратная
Процесс с крупнокапельным переносом. Этот процесс наблю-
дается ври сварке в аргоне на токах меньше критических. Отли-
чительной особенностью сварки является малое давление дуги
в аргоне. В результате капли вырастают до больших размеров
и незначительно приподнимаются над ванной (рис. 26, а). При
переходе с электрода в ванну крупные капли значительно изме-
няют длину дуги, что приводит к резким колебаниям напряже-
54
Диапазоны токов основных процессов сварки в аргоне (полярность обратная)
Источник (9, 68. 94| и данные автора (68. 94) и данные автора [91] н данные автора (51] и данные автора То же (93) (68) и данные автора (6. 9. 68. 94] и данные автора (107] |14, 91] и данные автора |52, 71. 107] ]71. 93. 107] и данные автора Данные автора 1 ветвенными корот-
о 180—350 250 -430 260—850 280—900 350—700* 430-450 1 50-450 160—500 1 70-450 165-430 1 60—650 180-650 | льный с ест
Z 2 я © 250—300 160 330 200-380 220 360 235-4 20 24 5-420 300-450 380-650 ф ОС СП 1 1 1 1 1 о = 1 :рупнокапе
О Q. Н X Л V еч 90—210 100-220 150—360 150-360 210-400 220-420 280-400 320—550 360 600 60—320 70—350 85—360 80—350 1 30—480 1 40-450 :и: Кр. — »
н <у X 03 X X еч 70-140 80-160 100—250 120—280 1 30—290 130-320 1 45-350 160-370 250-420 2 80—500 2 90 -550 320—550 40-280 50—320 65-335 60-330 100-340 1 15-350 120-380 ;ссов свари у ГН.
арочного тока (A) щ Л 50—120 60—135 85—220 100—240 110—250 120-240 130—300 140-350 200 -260 220 -380 240—450 250—450 260—500 30-230 35—250 50-260 45-250 80-320 95—280 95-350 гния проце прением д
еч 50—100 60- 1 70 80—200 100—225 105-230 1 70-340 1 90-310 210—330 210—330 20—150 40-200 60-250 80-240 85-250 ы обозначь рывным г
Сила св <= Ф © © । । 77 II о© •о ь- 150 -260 180—250 О о ® еч । 17 17 «п о ОС in 70—22о| овочно. ВОВ. (ах принят ой с непре
ОС о © «о 1 1 М II о 1Я 80 — 140 150—200 160-280 © © m ст. 1 |“ I" iQ О СМ -г 50-180 | ы ориентир ичных спла ее в таблиц тьсно-дугов
S 1 а: 5 электродов Алюминий АД1 АМгб Сплавы меди Коррозионностойкая (нержавеющая) сталь Х18Н9Т Титан Углеродистая сталь Алюминий АД1 АМгб Магний Сплавы меди** Нержавеющая сталь типа 18-8-Т1 Титан Углеродистая сталь Алюминий АД1 АМгб Бр.КМц 3-1 Бр.АМц 9-2 Нержавеющая сталь типа I8-8-T1 1 итан Углеродистая сталь 1аксимальные токи указан редине значения для разл । м еч а к и е. Здесь и дал мыканиями; ИДС —импу;
V с 1 i С ’ г I сварки CL * Струйный ИДС * I Е * S 5
55
ния. При сварке на низких напряжениях процесс протекает
с короткими замыканиями разрядного промежутка и переры-
вами в горении дуги. С повышением напряжения длина дуги и
размер капель увеличиваются, число коротких замыканий
уменьшается, а затем процесс протекает без коротких замы-
каний. С увеличением силы сварочного тока размер капель
уменьшается, короткие замыкания исчезают. С увеличением
диаметра и вылета проволоки размер капель увеличивается, а
число коротких замыканий уменьшается.
Изменение состава электрода мало влияет на характер про-
цесса. Изменяются в основном пределы силы тока процесса
с крупнокапельным переносом и размер капель. Это обуслов-
лено, по-видимому, изменением поверхностного натяжения жид-
кого электродного металла, а также характера потоков плазмы
в дуге и давления дуги. При переходе на прямую полярность
снижается стабильность процесса, увеличивается диаметр ка-
пель и разбрызгивание.
Струйный процесс (рис. 26,6). Этот процесс наблюдается
при сварке на токах выше критического. Переход от крупно-
капельного процесса к струйному в аргоне обычно происходит
скачкообразно. Характерной особенностью этого процесса яв-
ляется мелкокапельный перенос электродного металла, непре-
рывное горение дуги и высокая ее стабильность. Напряжение и
ток сохраняются неизменными. При струйном процессе сварки
в аргоне большинства материалов в дуге можно выделить две
зоны: наружную и внутреннюю. Плазма дуги перемещается
в обеих зонах от электрода к изделию. Теплопередача и давле-
ние в наружной области дуги сравнительно невелики, а во внут-
ренней очень большие. В результате резко увеличивается глуби-
на провара. Стабильный процесс наблюдается в пределах токов,
указанных в табл. 12. При дальнейшем увеличении тока процесс
протекает нестабильно, напряжение и ток колеблются, повы-
шается разбрызгивание.
С повышением напряжения дуги несколько уменьшается
минимальная сила тока струйного процесса сварки, а длина
дуги, длина расплавленной конусообразной части и диаметр
капель увеличиваются. С увеличением диаметра электрода пе-
реход от крупнокапельного процесса к струйному происходит
при больших токах. При сварке проволокой диаметром до 4 мм
стабильность процесса высокая при использовании головок
с постоянной скоростью подачи электрода. В этом случае питать
дугу рекомендуется от источников с жесткой, пологопадающей
или пологовозрастающей статической характеристикой и высо-
кими динамическими свойствами. При увеличении диаметра
электрода более 4 мм и сварке с плотностями тока в электроде
до 70 А/мм2 отмечают понижение саморегулирования процесса.
При этом рекомендуется [19, 94] сварку выполнять головками
с зависимой от напряжения скоростью подачи проволоки и источ-
56
ников питания с крутопадающей внешней характеристикой и
с пониженными скоростями изменения /кз.
Изменение состава электродной проволоки в большинстве
случаев меняет только пределы токов струйного процесса.
С увеличением вылета электрода несколько уменьшается мини-
мальная сила тока струйного процесса. С переходом на прямую
полярность резко увеличиваются длина и излучение дуги, а так-
же длина расплавленной части электрода. Характер процесса
в основном сохраняется таким же. Скорость расплавления элек-
трода увеличивается в 1,6 раза.
Импульсно-дуговой процесс. Этот процесс можно осуществ-
лять плавящимся электродом с непрерывным горением дуги,
с принудительными короткими замыканиями путем наложения
импульсов и с частыми короткими замыканиями изменением
скорости плавления электрода, а также с принудительным га-
шением дуги. Наибольшее распространение получила импульс-
но-дуговая сварка с непрерывным горением дуги при жесткой
программе изменения силы тока.
Основные характеристики этого процесса следующие
(рис. 27): среднее напряжение процесса сварки С7ГП; средняя
сила тока процесса сварки /св; максимальное напряжение им-
пульса (7И; напряжение в промежутке (паузе) между импуль-
сами (7П; максимальное значение тока в импульсе /и; ток в про-
межутке (паузе) между импульсами /п; длительность импульса
тока ти; длительность паузы между импульсами тп; длитель-
ность цикла Т = ти 4- тп; частота следования импульсов /и =
= — . Кроме того, процесс характеризуется также обычными
технологическими параметрами, такими как полярность, ско-
рость подачи проволоки, скорость сварки и др. На течение про-
цесса большое влияние оказывают также скорости нарастания
Л/ uii Л/иг
и спада тока импульса и скорость нарастания силы
тока при коротком замыкании цепи Тепловая энергия, вы-
деляющаяся в дуге, пропорциональна средним значениям напря-
жения и силы тока дуги, а в вылете электрода — эффективной
силе тока.
В общем случае средние значения напряжения и силы тока
процесса могут быть определены по площадям, ограниченным
кривыми напряжения и тока:
т
14.-у (29)
о
т
(30)
о
57
Рис. 27. Осциллограмма напряжения и силы тока при импульсно-ду-
говом процессе сварки в аргоне на протяжении одного цикла и ха-
рактерные фотографии разрядного промежутка при отрыве капли
Рис. 28. Зависимость средних значений напряжений U, в и тока /св
от амплитуды и длительность импульса. Проволока Св-АМгб, =
= 2 мм. аргон, полярность обратная; сп = 289 м/ч. Область нару-
шений процесса заштрихована
58
Величины /св, i/cn, а также напряжение и сила тока в им-
пульсе и паузе зависят от параметров импульсов (рис. 28). Про-
цессы, протекающие во время импульса тока, в значительной
степени определяют стабильность сварки, расплавление элек-
трода, отрыв капли с электрода, интенсивность металлургиче-
ских реакций, форму и размеры шва и другие характеристики
процесса. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом
осуществляется обычно при постоянной скорости подачи элек-
Рис. 29. Характерные диапазоны импульсно-дуговой сварки в аргоне
Проволока Св-АМгб, полярность обратная
а) <1Э = 1,6 мм; 6) d3 = 2,0 мм; в) d3 = 2.5 мм
процесса является равенство скорости подачи и интегральной
скорости плавления электродной проволоки за один цикл:
г
vj = | v-At)dt, (31)
о
где ип — скорость подачи электродной проволоки; сэ(/)—ско-
рость плавления электродной проволоки; Т—длительность
цикла, а также устойчивость горения дуги в паузе.
Скорость плавления электродной проволоки зависит от вели-
чины и длительности импульса тока и энергии импульса. При
импульсно-дуговой сварке можно выделить по меньшей мере
5 диапазонов (рис. 29):
I диапазон. Сварка с наложением импульсов малой энер-
гии. Плавление проволоки и перенос капель протекает так же,
как при сварке без наложения импульсов. Повышается только
59
стабильность дугового разряда на малых токах. При наложении
импульсов сила сварочного тока несколько увеличивается, на-
пряжение не изменяется.
II диапазон. Энергия импульсов больше, чем в 1 диапа-
зоне, и уже оказывает влияние на поведение капли на электро-
де. Под воздействием импульса тока кайля жидкого металла на
конце электрода вытягивается вдоль оси электрода к ванне, по
не отрывается. Отрыв капли от электрода происходит лишь
после значительного увеличения ее диаметра и воздействия на
нее нескольких импульсов. Наложение импульсов вызывает
значительное увеличение сварочного тока; напряжение сварки и
длина дуги так же, как и в I диапазоне, сохраняются практиче-
ски неизменными.
HI диапазон. Энергия импульсов еще больше, чем во
II диапазоне, и достаточна для отрыва каждым импульсом одной
капли электродного металла.
Электродная проволока расплавляется главным образом во
время пауз между импульсами. Во время наложения импульса
электрод продолжает плавиться и жидкий металл формируется
в каплю, которая сбрасывается с электрода в ванну. Отрыв кап-
ли от электрода происходит во время окончания импульса или
вскоре после его окончания. Средняя скорость плавления
электрода зависит от энергии импульсов и момента отрыва
капли. При отрыве капли от электрода после окончания импуль-
са, а также в конце импульса при малой величине импульса тока
средняя скорость плавления электрода почти такая же, как и
при сварке без импульсов. Напряжение и длина дуги изменяют-
ся незначительно, а сила сварочного тока повышается.
При отрыве капли до окончания импульса тока при больших
величинах импульсов тока этого диапазона скорость плавления
электрода увеличивается. Длина дуги несколько увеличивается,
напряжение возрастает, а сила сварочного тока уменьшается.
Во всем диапазоне процесс отличается высокой стабильностью
как при малой, так и при большой длине дуги. При увеличении
скорости подачи проволоки для получения данного процесса
требуются импульсы меньшей энергии, а при увеличении диа-
метра электрода — большей.
IV диапазон. Энергия импульсов настолько велика, что
один импульс отрывает с электрода две капли и более. Элек-
тродная проволока особенно интенсивно расплавляется во вре-
мя импульса, после отрыва первой капли. Скорость плавления
электрода во время импульса больше скорости подачи, а во
время пауз меньше. В результате длина дуги периодически из-
меняется. Средняя скорость плавления электрода больше, чем
при сварке без импульсов, а сварочный ток меньше. Процесс
сварки обычно достаточно стабилен. При сварке на малых
токах стабильность процесса можно повысить за счет питания
от источников с падающими внешними характеристиками.
60
V диапазон. Энергия импульсов велика, плавление элек-
тродной проволоки происходит главным образом во время
импульсов. За время импульса с электрода отрывается несколь-
ко капель и длина дуги резко увеличивается. После воздействия
нескольких импульсов дуга удлиняется и гаснет.
Расположение границ диапазонов зависит от скорости пода-
чи, состава и диаметра электродной проволоки (см. рис. 29).
Определенное влияние оказывает также частота следования им-
пульсов: с увеличением частоты следования импульсов II и III
диапазоны расширяются и смешаются в область импульсов
больших энергий, а IV диапазон сужается.
Особенностями описанного процесса импульсно-дуговой
сварки в аргоне с непрерывным горением дуги являются:
стабильное течение процесса сварки на малых токах в 2—
2,5 раза меньше критического; возможность выполнения сварки
во всех пространственных положениях проволокой диаметром
до 2,5 мм; малое разбрызгивание и хорошее формирование
шва.
Исходя из этого определены следующие основные области
применения импульсно-дуговой сварки в аргоне: сварка метал-
ла малых толщин (1—4 мм) во всех пространственных положе-
ниях; сварка металла средних и больших толщин в вертикаль-
ном и потолочном положениях; односторонняя сварка стыковых
соединений с полным проваром корня шва (сварка корневых
швов); сварка термоупрочненных металлов во всех простран-
ственных положениях при необходимости минимального про-
плавления и разогрева изделия.
Импульсно-дуговая сварка в аргоне с принудительными
короткими замыканиями может быть получена при малой длине
дуги, нс превышающей двух диаметров электрода, и наложении
на дугу импульсов тока с энергией, равной энергии импульсов
II и III диапазона. Поскольку процесс осуществляется на низ-
ких напряжениях с импульсами сравнительно малых энергий, то
окисление металла и проплавление изделия меньше, чем при
импульсно-дуговой сварке с непрерывным горением дуги. При
сварке в аргоне проволокой диаметром 0,5—1,2 мм на очень
низких напряжениях можно получить процесс с частыми корот-
кими замыканиями дуги путем изменения скорости плавления
электрода. Однако диапазоны силы тока этого процесса малы,
а формирование шва посредственное.
Снарки в гелии
При сварке в гелии могут быть получены процессы с круп-
нокапельным переносом электродного металла, струйный и
импульсно-дуговой (табл. 13). Характер течения этих процессов
во многом подобен характеру процесса сварки в аргоне, но кри-
тическая сила тока и необходимая для сброса капли величина
61
Диапазоны силы тока основных процессов сварки в гелии (обратная полярность)
62
импульсов больше. Импульсно-дуговой процесс с частыми ко
роткими замыканиями в гелии наблюдается в широком диапазо
не силы тока. Сварку ведут на обратной полярности. Частота
коротких замыканий зависит от параметров режима сварки и
составляет 50—250 в секунду. Повышение напряжения приводит
к уменьшению числа коротких замыканий. С повышением скоро-
сти подачи частота коротких замыканий увеличивается, а с уве-
личением диаметра проволоки и вылета электрода уменьшается.
Стабильность процесса, разбрызгивание и формирование зави-
Д/кз
сят от скорости нарастания /к.3. Оптимальные значения ----
А/
зависят от диаметра электрода и близки к оптимальным значе-
Л/кз
ниям при сварке в углекислом газе.
Сварка в смесях аргона с гелием
На практике применяют смеси аргона с гелием в соотноше-
ниях: 50% Аг и 50% Не, 40% Аг и 60% Не [13—15]. В этих сме-
сях могут быть получены те же виды процессов сварки, что и
в чистом гелии. Характер течения процесса близок к характеру
течения процессов в чистом гелии, но формирование шва лучше,
а разбрызгивание меньше.
Сварка в двух концентрических потоках газов
С целью экономии аргона и гелия, а также для управления
формой и глубиной провара применяют сварку в двух концен-
трических потоках газов [4, 71]. В первом случае в зону сварки
подается чистый аргон или гелий. Вокруг них подается поток
азота или углекислого газа. Расход газов подбирают таким,
чтобы аргон или гелий полностью защищал дугу и сварочную
ванну, а поток азота или углекислого газа улучшил защиту зо-
ны сварки и участка уже затвердевшего шва. При такой схеме
расход аргона или гелия составляет 15—25% общего расхода
газов, а скорость обоих потоков газа примерно одинаковая.
Характеристики такого процесса определяются составом внут-
реннего потока газа. Для управления формой провара сварку
ведут с подачей в зону дуги одного и того же газа, но двумя
потоками. Внутреннему потоку задают большую скорость исте-
чения (10—30 м/с). Струя газа оттесняет жидкий металл из-под
дуги, дуга погружается в ванну и горит в лунке. Характеристики
процесса определяются родом газа, подаваемого по внутренне-
му соплу, но могут быть значительно изменены. Так, при сварке
погруженной дугой значительно улучшается теплоотдача от ду-
ги к твердому металлу. Почти в 2 раза может быть увеличена
доля теплоты, идущая на расплавление изделия. Уменьшаются
потери на излучение.
63
Сварка в азоте
При сварке в азоте могут быть получены процессы с крупно-
капельным переносом электродного металла и импульсно-
дуговой с частыми короткими замыканиями, а при использова-
нии порошковой проволоки — процесс с непрерывным горением
дуги и переносом каплями среднего размера (табл. 14).
Таблица 14
Диапазоны силы тока стабильного течения процесса сварки сплавов меди
в азоте (обратная полярность, проволока марки Бр.КМЦ 3-1
и медноникеЛевая)
Процесс сварки Сила сварочного тока (А) при диаметре электрода, мм
1.0 1 .2 1.6 2.0 3.0
К. 3. 90 -300 100 -330 160 -420 180-500 250 -600
кр 70 -260 90-290 110 -380 130 -450 200—550
Длина дуги в азоте меньше, чем в аргоне, а давление дуги
больше. В результате дуга приподнимает каплю на конце элек-
трода и смещает ее с оси электрода. Капли на электроде выра-
стают до больших размеров. Характер процесса сварки в азоте
в значительной степени определяется соотношением напряже-
ния, силы тока и диаметра электрода. При низких напряжениях
процесс протекает с короткими замыканиями разрядного про-
межутка. С повышением напряжения число коротких замыканий
уменьшается, а размер капель увеличивается. С увеличением
тока число коротких замыканий увеличивается.
Процесс сварки с крупнокапельным переносом сопровож-
дается повышенным разбрызгиванием. При повышенных на-
пряжениях процесс протекает без коротких замыканий раз-
рядного промежутка. Перенос происходит крупными каплями.
При этом путем подбора напряжения можно добиться значи-
тельного уменьшения разбрызгивания. С целью уменьшения
разбрызгивания сварку можно вести в смеси азота с аргоном
(15—30%). При содержании в смеси до 20% N2 процесс проте-
кает примерно гак же. как и в чистом аргоне. Наблюдается
крупнопанельный и струпный процессы. При этом с увеличени-
ем содержания азота сила критического тока повышается. При
содержании в смеси более 33% N2 процесс подобен сварке
в чистом азоте.
Рациональные области применения основных видов процес-
сов сварки плавящимся электродом в инертных газах, опреде-
ленные на основе процессов сварки, приведены в табл. 15.
64
Таблица 15
Рациональные области применения сварки в инертных газах
Защитный газ Процесс сварки Диаметр электрода, мм Свариваемые материалы Толщина металла, мм Вид сварки* Положение сварки в простран- стве Примечание
Аргон Кр. 1,0- 4.0 Цветные металлы, аустенит- ные и не- ржавеющие стали 3-10 АН. АС Нижнее —
Струй- ный 0,8- 1.6 0,8— 1.6 1,6- 5,0 То же » » 3-5 6-30 5—40 ПС, АС Все положения Вертикаль- ное. гори* зоитальное, потолочное Нижнее Вертикально сверху вниз То же
ИДС 0,8— 2.0 0,8- 2,0 1.6- 5,0 » > 1,5—5 5—40 6—40 ПС, АС АС, АН Все положения Вертикаль- ное, гори- зонтальное, потолочное Нижнее Вертикально сверху вниз Вертикально снизу вверх
Гелий Струн- ный 0,8— 1.0 0,8- 1,0 1,2- 4,0 > » > 4-6 6-40 6—40 ПС. АС То же АС Все положения Вертикаль- ное, гори- зонтальное, потолочное Нижнее Вертикально сверху вниз Вертикально снизу вверх
К. з. 0,8- 1.2 0,8 — 1,2 1,2- 2,0 > » 4—6 6—40 5—10 ПС. АС Все положения Вертикаль- ное. гори- зонтальное, потолочное Нижнее Вертикально сверху вниз Вертикально снизу вверх
5 Заказ 1374
65
Продолжение таблл 15
Защитный газ Процесс сварки Диаметр электрода. мм Свариваемые материалы Толщина металла, мм Вид сварки' Положение сварки в простран- стве Примечание
Гелий ИДС 0,8- 1,2 1,0- 1,6 2,0- 4,0 Цветные металлы, аустенит- ные и не- ржавеющие стали То же » 2-5 6—40 8-40 ПС. АС ПС, АС АС Все положения Вертикаль- ное. гори- зон тальное. потолочное Нижнее Вертикально сверху вниз Вертикально снизу вверх
Смесь аргона с гелием Струй- ный 1,6- 4,0 Сплавы алюминия, титана 8-40 АС Нижнее —
Азот Кр. 0,8- 1,2 0,8— 1,2 1,6- 4,0 Медь и сплавы мели, аустенитные стали, ле- гированные азотом То же » 3-5 6—80 5—30 ПС, АС. ПН, АН То же « Все положения Вертикаль- ное гори- зонтальное, потолочное Нижнее Вертикально сверху вниз Вертикально снизу вверх
Смесь аргона с азотом Струй- ный 0,8- 4,0 » 3-30 ПС, АС ПН, АН Нижнее —
‘Обозначения видов сварки: АС — автоматическая ская наплавка; ПС — полуавтоматическая сварка. ПН плавка. сварка; АН — автоматнче- — полуавтоматическая на-
6. Энергетические и металлургические
особенности сварки
Основным источником теплоты при сварке плавящимся электро-
дом в защитных газах является электрическая дуга Помимо
дуги, теплота может выделяться также при нагреве электродной
проволоки на вылете проходящим током или при дополнитель-
66
ном нагреве электрода от постороннего источника теплоты. Не-
которое количество теплоты может выделяться также в резуль-
тате химических реакций, но доля этой энергии мала, и ее
можно не учитывать.
При сварке стационарной дугой мгновенная мощность про-
цесса сварки не изменяется во времени, а при сварке нестацио-
нарной дугой изменяется по определенной программе. Во время
импульса может выделяться от 5 до 90% всей энергии дуги за
цикл. Вследствие большой силы тока и кратковременное!и им-
пульсов эффективность использования этой энергии значитель-
но больше, чем в периоды пауз. При импульсно дуговой сварке
с непрерывным горением дуги характер изменения энергии W
зависит от параметров импульсов и режима сварки. При про-
цессе с частыми короткими замыканиями характер изменения
энергии IV' зависит от рода защитного газа, динамических
свойств источника питания и режима сварки. При этом основ-
ная мощность выделяется в периоды горения дуги, в периоды
коротких замыканий выделяется всего 1,5—9% общей
энергии.
Выше указывалось, что энергия в различных областях дуги
выделяется неодинаково. Поэтому сварочную дугу следует рас-
сматривать как несколько отдельных источников нагрева, по-
разномх нагревающих электрод и изделия. Так, в отдельные
источники необходимо выделить источники нагрева в приэлек-
тродных областях (анодной и катодной), нагрев столбом дуги,
происходящий в результате теплопередачи и нагрев электрода
на вылете Особенно значительна теплопередача при воздей-
ствии на электроды плазменных потоков.
Источники нагрева в приэлектродиых областях отличаются
высокой концентрацией энергии; размеры их определяются зо-
ной. в пределах которой перемещаются активные пятна. Концен-
трация энергии в столбе значительно меньше и передается пу-
тем теплопередачи Потоки плазмы значительно усиливают
теплопередачу и могут существенно влиять на перераспределе-
ние энергии между электродами. Энергия частиц плазменных
потоков велика и составляет 6000—7000 кал/г для дуги в воз-
духе [34] Энергию, выделяемую в приэпектродных областях и
столбе дуги, можно определить по зависимостям (12) и (13).
Таким образом, электрод может нагреваться в результате
выделения теплоты в активном пятне, теплопередачи от столба
дуги и на вылете Изделие нагревается в основном за счет теп-
лоты, выделяющейся в активном пятне, теплопередачи от стол-
ба дуги, поступления теплоты с каплями и парами электродного
металла
Отношение количества теплоты Q3, поступившей на электрод
в единиц) времени, к полной тепловой мощности дуги Q:i назы-
вают эффективным к. п. д. нагрева электрода т]э, а отношение
количества теплоты поступившей на изделие в единицу
5* 67
времени, к полной тепловой мощности дуги Qa — эффективным
к. п. д. нагрева изделия дугой т|„:
ч, = —; Чн = —• С32)
’ <?Д 0Д
Не вся теплота, поступающая на электрод и изделие,
используется полезно. Часть ее теряется на разогрев изделия,
перегрев жидкой ванны и капли и т. д. Эффективность полезно
использованной теплоты может быть выражена коэффициентом
эффективности теплоты на электроде и изделии:
Э . ^П.И
Пэ.эф = И Т)и эф = —— , (33)
Чэ Уи
где Qn.g и Qu.и — количество теплоты, использованной на рас-
плавление электрода и изделия в единицу времени.
Эффективность использования этой теплоты и распределение
ее между электродом и изделием определяет производитель-
ность сварки и деформацию изделия.
Распределение энергии между электродом и изделием за-
висит от параметров режима сварки и рода защитного газа.
Баланс теплоты дуги с железным плавящимся электродом
в период формирования капли (длительность горения дуги
0,3—0,7 с) приведен на рис. 30. Основное влияние на распре-
деление энергии между электродом и изделием оказывают
полярность, род защитного газа и сила тока. Доля теплоты,
выделяющейся на электроде при сварке на прямой полярности,
намного больше, чем на обратной, а на изделии соответственно
меньше.
С увеличением силы тока доля энергии, выделяющейся на
электроде и изделии, увеличивается, а в столбе дуги умень-
шается. При больших токах разница в распределении энергии
на обратной и прямой полярности уменьшается. С увеличением
длины дуги во всех газах доля энергии, выделяющейся в стол-
бе, увеличивается, а на изделии и электроде уменьшается. С уве-
личением диаметра электрода доля теплоты, выделяющейся на
электроде, уменьшается, а на изделии и в столбе увеличивается.
С увеличением удельного электрического сопротивления, вылета
и силы гока и уменьшением диаметра электрода нагрев элек-
трода на вылете увеличивается. При сварке тонкой электродной
проволокой при больших плотностях тока в электроде доля
теплоты, выделяющейся на вылете, может быть близка к доле
теплоты, выделяющейся в активном пятне, в результате ско-
рость плавления электрода существенно возрастает. При сварке
в аргоне, а также смесях Лг 3- О2 (до 5%), Лг 4- СО2 (до 15%),
Аг 4- О2 4-СО2 (до 15%) и Лг 4- N2 (до 18%) энергия дуги ис-
пользуется менее эффективно, чем при сварке в гелии, азоте,
углекислом газе и смесях аргона, содержащих более 20% СО2
или N2. Это может быть объяснено большими размерами дуги
68
в аргоне и большой долей теплоты, теряемой столбом, а также
меньшей концентрацией теплоты дуги.
Теплота, поступающая на электрод, лишь частично исполь-
Рис. 30. Влияние защитного газа (а), тока и длины дуги (б) на
ее тепловой баланс в период формирования капли на электроде
d3 = 4 мм:
I — изделие; 2 — электрод; 3 — столб дуги [34]
теряется на перегрев капли и ее испарение. По данным
А. В. Петрова, при сварке в аргоне на струйном процессе при-
мерно 10—20% электродного металла переносится в виде пара
[53]. Доля эта зависит от силы тока. По данным А. А. Ерохина,
69
при сварке стальными электродами на плавление электродов
используется только 50—60% теплоты, поступающей на элек-
трод. 20—30% теряется на перегрев капли и около 20% — на
испарение [20]. Аналогичные данные при сварке в аргоне полу-
чены Л И Акуловым.
Нагрев и расплавление электрода, а также температура
капли и испарение ее существенно зависят от характера подвода
и передачи теплоты от дуги к электроду, т. е. от изменения
мгновенной мощности и вида процесса сварки. Если теплота
от дуги к электроду передается через каплю жидкого металла,
то значительная часть ее тратится на перегрев капли. Если же,
как на прямой полярности, дуга значительную часть времени
перемещается по боковой нерасплавленной части электрода, го
эффективность использования теплоты дуги на расплавление
электрода возрастает.
Установлено, что характер поступления теплоты на элек-
трод и расплавление его зависят от программы изменения
мгновенной мощности процесса, формы и размеров активного
пятна и характера переноса электродного металла. Так, при
сварке стационарной дугей при крупнокапельном переносе
в инертных газах на обратной полярности активное пятно
в большинстве случаев располагается на нижней части капли
и передача теплоты от дуги к электроду происходит путем теп-
лопередачи через жидкую каплю. При импульсно-дуговой свар-
ке в аргоне с импульсами средних и больших энергий (III, IV
и V диапазоны, см. рис. 36), а также в гелии с частыми корот-
кими замыканиями во время импульсного повышения мощности
наблюдается резкое увеличение скорости расплавления элек-
трода. Передача теплоты в этом случае может быть описана по
схеме предложенной А. Л. Ерохиным [20].
При струйном переносе электродного металла активное
пятно охватывает нижнюю конусообразную часть электрода и
размеры слоя жидкого металла, отделяющего нерасплавленную
часть электрода от активного пятна, намного меньше, чем
в первом случае. Однако коффициент расплавления электрода
в обоих случаях на близких токах примерно одинаков Это,
по-видимому, обусловлено резким увеличением затрат теплоты
на испарение.
При импульсно-дуговой сварке в аргоне в момент нало-
жения импульса в капле и электроде существует нестацио-
нарное температурное поле Вследствие большой скорости изме-
нения мгновенной мощности и кратковременности импульса
температура капли нс успевает выравняться Можно полагать,
что температура капли изменяется от температуры кипения
в активном пятне до температуры, близкой к температуре плав-
ления у границы нерасплавленного электрода.
В зависимости от параметров импульсов изменяется харак-
тер подвода теплоты и температурное поле в капле. Можно
70
выделить три характерных случая передачи теплоты и нагрева
электрода. В первом случае активное пятно расположено на
нижней части капли на протяжении всего цикла, При этом во
время импульса теплота распространяется через всю каплю и
повышение температуры в месте перехода от капли к твердому
электроду может быть достигнуто только через определенное
время. Резкого изменения скорости плавления электрода не
наблюдается. Капля служит как бы буфером в передаче
теплоты.
Во втором случае к моменту окончания импульса, примерно
совпадающему с моментом отрыва капли, активное пятно успе-
вает распространиться по всей поверхности капли, но не дости-
гает твердого электрода. За время импульса наблюдается
ускорение плавления электрода.
В третьем случае отрыв капли происходит задолго до окон-
чания импульса. Активное пятно охватывает всю каплю и
достигает нерасплавленной части электрода, а после отрыва
капли переходит на оплавленный торец. Поскольку размер
оставшейся части капли мал, то наблюдается быстрое расплав-
ление электрода и образование новой капли. При этом теплота
более эффективно используется на плавление электрода и ско-
рость плавления электрода возрастает.
Разогрев и проплавление изделия зависят не только от
общего количества теплоты, поступившей на изделие, но и от
особенностей передачи ее изделию. Основными фактора-
ми. определяющими эффективность передачи теплоты от дуги
к изделию, являются: величина приэлектродного падения по-
тенциала, размеры и подвижность активного пятна, потоки
плазмы и количество электродного металла, переносимого в па-
рообразном виде, характер распределения теплоты дуги, давле-
ние дуги, расположение дуги относительно поверхности свари-
ваемого изделия и толщина жидкого металла под дугой. Чем
больше толщина слоя жидкого металла под дугой, тем более
затруднена передача теплоты от дуги к изделию.
Уменьшение размеров активного пятна, а также увеличение
приэлектродного паления потенциала, потока плазмы, коли-
чества паров, давления дуги на ванну и погружение дуги
в жидкий металл повышают эффективность нагрева изделия и
проплавляющую способность дуги. По данным А. В. Петрова,
при сварке в аргоне стали Х18Н9Т проволокой диаметром
2,0 мм с силой тока 200—250 А при крупнокапельном переносе
электродного металла т](1 = 0.7 0,75. с увеличением силы тока
до 350—370 А при струйном переносе т]и увеличивается до 0.8
[53]. С дальнейшим увеличением силы тока г]и изменяется не-
значительно. Увеличение длины дуги с 5—6 до 11 — 12 мм при
сварке с силой тока 350 А приводит к уменьшению т]и до 0,7.
При увеличении диаметра электрода и сохранении силы тока т]и
несколько уменьшается. Например, при d-f = 1,6 мм т)и = 0,83
71
и при da = 2,5 мм т|и = 0,78. Добавка кислорода к аргону так-
же несколько повышает
Увеличение погружения дуги в ванну путем дополнительно-
го давления на ванну струей газа приводит к двукратному
повышению доли теплоты дуги, используемой на проплавление
изделия [4].
Согласно данным о поступлении теплоты на изделие при
сварке в аргоне, приведенным на рис. 30, на проплавление
изделия полезно используется всего 45—50% теплоты. Осталь-
ное теряется на теплоотвод в изделие и на перегрев ванны. При
сварке на прямой полярности доля теплоты, используемой на
проплавление детали, уменьшается. При замене аргона гелием,
азотом или углекислым газом эффективность использования
теплоты дуги на нагрев и расплавление изделия увеличивается.
Это обусловлено меньшими размерами дуг в указанных газах
и большим давлением.
Нагрев изделия при сварке в инертных газах в общем слу-
чае характеризуется высокой концентрацией теплового потока
и охлаждением изделия с одной стороны потоком защитного
газа. Распределение теплоты в пластине в этих случаях можно
определить на основе общей теории распространения теплоты,
разработанной Н Н. Рыкалиным.
Дугу в инертных газах с плавящимся электродом можно
рассматривать как точечный или линейный источник нагрева,
перемещающийся с конечной скоростью. Расчет температур
можно выполнять по общим уравнениям распространения теп-
лоты [71].
На рис. 31 приведено температурное поле при сварке в ар-
гоне сплава АМг-5В, построенное А. Я. Недосекой.
Разогрев пластины при сварке в аргоне плавящимся
электродом намного меньше, чем неплавящимся. Это обуслов-
лено в первую очередь большей концентрацией теплового по-
тока при сварке плавящимся электродом.
Состав металла шва при сварке в защитных газах задается
составом электродного и основного металла и ходом металлур-
гических реакций при сварке.
Как отмечалось, инертные газы не взаимодействуют с ме-
таллами Однако при сварке в инертных газах вследствие
высоких температур в зоне дуги протекают реакции взаимодей-
ствия между элементами, входящими в состав основного и
электродного металлов, а также испарение элементов. Помимо
этого, происходит взаимодействие с примесями защитных газов
(О2, N2, Н2, НгО и др ), с газами, адсорбированными на поверх-
ности металла и проволоки, и веществами, находящимися на
проволоке и металле. Интенсивность взаимодействия зависит от
химического состава свариваемого металла, состава и парци-
ального давления компонентов газовой фазы у поверхности
капли и ванны, температуры капли и ванны, а также характера
72
переноса, определяющего величину удельной поверхности и
длительность взаимодействия металла с газовой фазой. Темпе-
ратура расплавленного электродного и основного металла при
сварке плавящимся электродом намного выше, чем при сварке
неплавящимся, поэтому интенсивность реакций и потери эле
ментов также больше.
Интенсивность металлургических реакций особенно высока
в каплях на электроде, температура которых значительно выше,
чем температура ванны на изделии. В большинстве случаев
температура по капле и ванне распределена неравномерно.
ГГ
500
ш
зоо
200
too
О Ю 20 30 *0 50 60 JT.CM 0 *
а) б)
Рис 31. Температурные поля при сварке в аргоне плавящимся
электродом диаметром 2,0 мм сплава АМг5В толщиной 6 мм
(/Са = 320 А, ия = 26 В, исв = 48 м/ч, обратная полярность):
а — вдоль направления сварки; б — в поперечных сечениях 0. I, 2 и 3
Можно полагать, что на поверхности активных пятен темпе-
ратура близка к температуре кипения металла. Температура
ванны по мере удаления от активного пятна понижается. При
интенсивном перемешивании металла температура капли усред-
няется.
Согласно данным о средней температуре капель, приведен-
ным на рис. 32, температура капли зависит от величины и по-
лярности тока, рода защитного газа, характера переноса элек-
тродного металла и диаметра проволоки. Меньший нагрев
капель при сварке на прямой полярности можно объяснить
большим количеством электродного металла, расплавляемого
дугой одной и той же мощности, и частичной передачей теплоты
дуги непосредственно электроду, минуя каплю. При импульсно-
дуговой сварке температура капель ниже, чем при сварке ста-
ционарной дугой, и зависит от энергии импульсов и частоты их
следования. Снизить температуру капель можно также путем
дополнительного подогрева электрода [20].
73
Считают, что средняя температура ванны зависит только от
теплофизических свойств металла [4, 20, 46, 71]. Однако при
сварке в защитных газах следует ожидать зависимости средней
температуры ванны как от режима сварки, так и от диаметра
электрода и вида переноса капель. Например, с увеличением
температуры капель температура ванны должна возрасти.
Температуру ванны и ее размеры можно изменять также путем
предварительного подогрева металла и изменения скорости
истечения струи защитного газа [4].
Рис 32. Теплосодержание и средняя температура капель, поступающих
в ванну при сварке в инертных газах электродом d3 = 2 мм:
/ — обратная полярность; 2 — прямая полярность [63]
Известно, что во многих случаях удельная поверхность и
длительность взаимодействия металла с газом оказывают боль-
шое влияние на состав шва [20. 46, 58]. Характер их изменения
существенно зависит от вида процесса сварки и переноса элек-
тродного металла и размеров ванны. Удельная поверхность и
длительность взаимодействия капли на электроде должны опре-
деляться по данным киносъемки или по закономерностям изме-
нения размеров капли Оценка удельной поверхности и длитель-
ности взаимодействия по произведению конечных размеров
капли на полное время жизни капли не отражает кинетики
взаимодействия, и ее можно использовать только для прибли-
женной оценки. В общем виде при капельном переносе электрод-
ного металла интенсивность металлургических реакций, опре-
74
деляемых в основном кинетическими факторами, можно оценить
коэффициентом
(34)
где
'к
S = J[S0+ $(/)] <Д + $К/П;
о
-нп; р = ?ж^э/к;
S, So, SK, S(/) —соответственно действующая поверхность кап-
ли, поверхность остающегося на электроде металла
после отрыва капли, поверхность переходящей капли и поверх-
ность растущей капли; /ж, /к, /п— соответственно общее время
жизни капли, время роста капли на электроде и время перехода
капли с электрода в ванну; V, — объем расплавленного элек-
трода; уж — удельный вес жидкого металла.
Коэффициент С в ряде случаев достаточно хорошо описы-
вает изменение характера взаимодействия металла с газом
[21, 58].
Поверхность сварочной ванны определяют обычно экспе-
риментальным путем. Форма поверхности ванны зависит от
режима сварки и давления на нее струи защитного газа. Для
многих случаев сварки в инертных газах поверхность сварочной
ванны в первом приближении может быть принята равной пло-
щади эллипса
(35)
где L — длина ванчы, см; В — ширина ванны, см.
Объем ванны следует определять с учетом формы проплав-
ления. Длительность взаимодействия металла ванны с газом
можно приближенно принимать равной длительности пребыва-
ния металла в ванне в жидком состоянии, которое оценивают
величиной /в [52, 71]:
. (36)
Усв
где игв — скорость сварки, см/с.
Реакции при сварке в инертных газах существенно зависят
также от состава свариваемого материала, загрязнения инерт-
ного газа азотом, водородом и кислородом, которые при высо-
ких температурах в зоне дуги диссоциируют (рис. 33). Обычно
у границы газ — металл находится смесь молекул и атомов
этих газов. Взаимодействие их с металлом определяется как
степенью диссоциации элементов, так и парциальным давлением
Рис. 33. Зависимость степени диссо-
циации газов от температуры при ат-
мосферном давлении
газов у границы с жидким металлом. Величина парциального
давления газов у поверхности металла может быть определена
по известным закономерностям, зависящим от рода материала
и газа [20, 71]. Парциальное давление газов над металлом зави-
сит от наличия в капле легкоиспаряющихся элементов, которые
уменьшают парциальное давление газов и их вз'-имодействие
с металлом.
Азот может растворяться в металле, а также образовывать
химические соединения, растворимые в жидком металле. В ре-
зультате взаимодействия с азотом возможно образование пор
в металле и снижение пластических свойств металла шва.
Характер взаимодействия в
первую очередь определяется
составом свариваемого мате-
риала.
Взаимодействие с азотом
зависит от температуры газа и
металла, парциального давле-
ния газа у границ раздела, а
также от удельной поверхно-
сти и длительности взаимодей-
ствия. Существенное влияние
оказывает также наличие кис-
лорода, который приводит к
образованию окиси азота, спо-
собствующей поглощению азо-
та металлом [55].
Водород, растворяясь в металле, может вызывать образо-
вание пор, резко снижать пластические свойства металла и
способствовать появлению трещин. На попадание водорода
в металл шва оказывает влияние общее парциальное давление
водорода, наличие паров воды, кислорода и элементов, обла-
дающих высоким сродством к водороду (F, С1). Существенное
влияние оказывают также кинетические факторы, зависящие от
переноса металла, и полярность при сварке. Присутствие в зоне
дуги кислорода, фтора и хлора способствует образованию сое-
динений, не растворимых в жидком металле (ОН, HF, НС1 и
др.), и уменьшает возможность попадания водорода в металл.
Установлено, что растворимость водорода в металле катода
значительно выше, чем в металле анода [35].
Кислород, соприкасаясь с жидкой каплей и ванной, окисляет
металл и примеси, входящие в его состав, а также растворяется
в металле.
Из образующихся на поверхности металла окислов только
некоторые растворяются в металле. Большинство же окислов
остается на поверхности в виде шлака и лишь иногда попадает
в толщу жидкого металла. Интенсивность насыщения металла
кислородом зависит от парциального давления кислорода, тем-
76
пературы и состава металла, а также от кинетических факторов.
Растворившиеся в металле кислород и окислы при определенных
температурах и концентрациях могут взаимодействовать
с примесями металла, образуя шлаки и газы. В общем виде для
стали эти реакции имеют вид
[FeO] + [С, Si, Мп, S, Н и др.] (SiO2, МпО и др.) +
4-{СО, SO2, H2O}4-Fe. (37)
Элементы и соединения в квадратных скобках растворены
в металле, в круглых — шлаки, а в фигурных — газы. Из урав-
нения (37) видно, что взаимодействие кислорода с некоторыми
элементами приводит к образованию газов, что в определенных
условиях может вызвать образование нор.
Испарение элементов при сварке определяется составом
металла, температурой кипения элементов, температурой по-
верхности металла, размером активных пятен, а также кинети-
ческими факторами. Роль кинетических факторов наиболее
велика при небольшом количестве легкоиспаряющихся эле-
ментов.
Интенсивность взаимодействия с газами и испарение элемен-
тов протекают наиболее интенсивно в капле на электроде.
Парциальное давление газов над металлом, ход металлургиче-
ских реакций и состав металла шва можно регулировать путем
изменения температуры и удельной поверхности капли, разме-
ров активных пятен, длительности взаимодействия металла
в дуге и введением в него легкоиспаряющихся элементов.
Помимо интенсивности испарения и взаимодействия с га-
зами состав металла шва зависит от доли участия электродного
и основного металлов в металле шва. Поскольку интенсивность
реакций и потери элементов из электродного и основного метал-
лов неодинаковы, то эту разницу учитывают коэффициентами
усвоения соответствующего элемента. Конечное содержание эле-
ментов в шве (%):
Сш ~ Цп^Сп 4- цопСо, (38)
где цп и Цо — коэффициенты усвоения элементов соответственно
из электродной проволоки и основного металла; тип — соот-
ветственно доли электродного и основного металла в шве; Сп
и Со — содержание элемента соответственно в проволоке и ос-
новном металле, %.
Коэффициент цп определяют по данным химического анали-
за металла, наплавленного на медную пластину, охлаждаемую
водой, a go — как разницу между общим коэффициентом усвое-
ния ц, определяемым по данным химического анализа металла
шва, выполненного с V-образной разделкой, и цп. Коэффициен-
ты усвоения элементов изменяются в зависимости от состава
основного и электродного металлов, характера переноса, дна-
77
метра электрода и режима сварки. Увеличение силы сварочного
тока сначала вызывает повышение коэффициентов усвоения
элементов из проволоки, а затем небольшое их понижение. При
повышении напряжения коэффициент уменьшается.
Увеличение диаметра электродной проволоки при прочих
равных условиях несколько повышает коэффициент рп- Увели-
чение напряжения и диаметра электродной проволоки во всех
случаях приводит к понижению ро. Конкретные данные о коэф-
фициентах усвоения элементов приведены в разделах по сварке
отдельных металлов.
7. Особенности техники сварки
Эффективность газовой защиты
Надежная защита зоны сварки газом является одним из
основных условий получения шва высокого качества. Защита
ванночки необходима до ее полного затвердевания. В большин-
Рис 34 Состав струи углекис-
лого газа, истекающего из соп-
ла сварочной горелки:
1 — 100% СО,; 2 - СО; + 10%
воздуха; 3 — СО, + 60% воздуха;
4 — СО, + 80% воздуха [27|
стве случаев защита осуществляется путем подачи к месту
сварки струи защитного газа Истечение газов из сопл свароч-
ных горелок имеет турбулентный характер С наружной стороны
струя газа неизбежно смешивается с воздухом, и только внут-
ренняя часть ее состоит из чистого защитного газа (рис. 34).
Обычно длина участка чистого газа в 1,5—4 раза больше диа-
метра сопла.
Форма потока газа и эффективность защиты зависят от рода
защитного газа, типа сварного соединения и скорости сварки
(рис 35) движения окружающего воздуха (ветра, сквозняка).
Так. при использовании углекислого газа и азота легче обеспе-
чить хорошую защиту чем при гварке в аргоне Наиболее труд-
но обеспечить защиту при сварке в гелии При сварке угловых
швов с внутренней стороны угла и стыковых защита намного
лучше, чем при сварке угловых швов с наружной стороны угла.
Для улучшения защиты в этом случае рекомендуется применять
съемные щитки.
При наличии ветра и сквозняка эффективность защиты
зависит от жесткости струи защитного газа и ее размеров.
78
Жесткость струи определяется родом защитного газа и повы-
шается с увеличением скорости его истечения. Поэтому при уве-
личении диаметра сопла необходимо одновременно увеличивать
расход газа. Однако при чрезмерном увеличении скорости пото-
ка газа вследствие турбулентности уменьшается зона чистого
газа и эффективность защиты снижается. При уменьшении рас-
стояния между горелкой и деталью защита улучшается. Исходя
из удобства наблюдения за дугой это расстояние обычно при-
нимают равным 10—30 мм. Наклон горелки углом вперед улуч-
шает защиту зоны сварки. При большом наклоне углом назад
vcg малая vC6 средняя vcg очень большая
б)
Рис. 35. Влияние типа сварного соединения (а) и скорости свар-
ки (б) на эффективность газовой защиты
и повышенных скоростях истечения защитного газа наблюдается
подсос воздуха в зону сварки и нарушение защиты.
Для улучшения защиты при сварке на повышенных скоро-
стях и на ветру рекомендуется увеличивать расход газа и
диаметр сопла, приближать горелку к детали. При сварке на
повышенных скоростях горелку наклоняют углом вперед, де-
лают ее овальной и смещают электрод в заднюю часть сопла.
Для защиты от ветра зону сварки закрывают малогабаритными
щитками, устанавливаемыми на детали или закрепляемыми на
горелке автомата переносными щитками, устанавливаемыми со
стороны ветра, переносными палатками
Эффективность защиты в значительной степени определяется
конструкцией и размерами горелки, которые выбирают с учетом
рода защитного газа, типоразмера сварного соединения и режи-
ма сварки Истечение газа из горелки должно быть равномер-
ным по всему сечению сопла. Для обеспечения этого применяют
различные схемы ввода газа в сопло горелки (рис. 36). Мунд-
79
штук целесообразно несколько утопить в горелке. При сварке
в аргоне и гелии для улучшения истечения газа внутреннюю
полость сопла делают параболической или конической с цилин-
дрической частью на выходе (рис. 36,6, в). При сварке в угле-
Рис. 36. Схемы подвода газа в сварочных горелках:
а - с кольцевым подводом газа; б — с отражателями; в — с успокоительными ка-
мерами; г — с сеточными вставками; д — с металлокерамическими вставками;
/ — отражатель газа; 2 — успокоительная камера; 3 — сетка; 4 — металлокерамика
а)
0)
Рис. 37. Схемы предупреждения попадания воздуха в поток зг
шитного газа:
а горелка со сменным цилиндрическим уплотнителем; б — горелка с
лабиринтовым уплотнителем; в — горелка с подводом защитного газа
в канал для прохода проволоки
кислом газе и азоте форма сопла не имеет такого большого
значения. Для предупреждения попадания воздуха в сопло че-
рез канал для прохода проволоки на входе последней устанав-
ливают уплотнители или подводят газ в канал (рис. 37).
80
Параметры режима сварки
Основными параметрами режима сварки в инертных газах
являются: род, величина и полярность тока; напряжение свар-
ки, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, расход
и состав защитного газа; вылет, наклон и колебания электрода.
Сварку в инертных газах плавящимся электродом обычно вы-
полняют на постоянном токе. Однако возможна сварка и на
переменном токе. Силу сварочного тока и диаметр проволоки
выбирают в зависимости от толщины металла и расположения
шва.
Стабильный процесс сварки с хорошими технологическими
характеристиками можно получить только в определенном диа-
Рис. 38. Зависимость силы сварочного тока от скорости подачи проволо-
ки при сварке в аргоне и гелии стационарной дугой (а) [108] и в аргоне
при импульсно-дуговой сварке (б)
пазоне силы тока, который зависит от диаметра и состава
электрода и рода защитного газа (см. табл. 12, 14, 15). Сила
тока зависит от диаметра, состава и скорости подачи электрода,
вылета и состава газа (рис. 38), а также от напряжения дуги
(см. рис. 16,6). Регулируется сила тока изменением скорости
подачи проволоки. Сила тока является основным фактором,
определяющим размеры шва и производительность процесса.
Вторым важнейшим параметром режима сварки является
напряжение. С повышением напряжения увеличивается ширина
шва и улучшается формирование валика. Однако одновременно
возрастают излучение дуги и угар элементов, а также повы-
шается чувствительность дуги к магнитному дутью. При пони-
женных напряжениях ухудшается формирование шва, а при
сварке на струйном режиме увеличивается разбрызгивание.
Оптимальные напряжения сварки зависят от силы тока, диамет-
ра и состава электрода, а также рода защитного газа.
Состав защитного газа существенно влияет на технологи-
ческие характеристики процесса. Так, дуга в аргоне мягкая
и длинная, обеспечивает хорошие условия для сварки в нижнем
□ Заказ 1374 g|
положении металлов малых и средних толщин. Дуга в гелии,
азоте и их смесях с аргоном обладает более высокой концен-
трацией энергии, обеспечивает большую глубину провара и
позволяет вести сварку на больших скоростях, чем в аргоне.
Эти газы рекомендуется применять для автоматической сварки
и сварки металла большой толщины.
Расход защитного газа в обычно применяемых пределах
не влияет на технологические характеристики процесса. Вылет
электрода оказывает влияние на стабильность и технологические
характеристики процесса. Сварку рекомендуют вести с опреде-
ленными вылетами электрода, обеспечивающими получение
стабильного процесса, производительность расплавления элек-
трода и точность его направления по шву. За минимальный
вылет обычно принимают такой, чтобы предупредить оплавле-
ние токоподвода. Наиболее заметное влияние вылета электрода
проявляется при сварке тонкой проволокой и проволокой, обла-
дающей высоким удельным электрическим сопротивлением.
Сварка на прямой полярности отличается большей длиной
дуги, большим излучением, а в ряде случаев большим разбрыз-
гиванием, чем на обратной полярности. Скорость расплавления
электрода на прямой полярности в 1,6—1,8 раза выше, чем на
обратной. Глубина провара и ширина шва при сварке на пря-
мой полярности меньше, чем на обратной. Влияние скорости
сварки такое же, как и при сварке под флюсом (71]. Наклон
электрода до 15° углом вперед и углом назад не отражается на
технологических характеристиках процесса сварки. Наклон уг-
лом вперед от 15 до 30° несколько уменьшает глубину провара
и увеличивает ширину шва. При наклоне от 15 до 30° углом
назад несколько ухудшается качество формирования шва.
Сборка соединений под сварку. Требования к качеству под-
готовки и сборки соединений под сварку плавящимся электро-
дом в инертных газах зависят от рода свариваемого материала,
типа соединения, толщины металла и расположения шва в про-
странстве. Эти требования более жесткие, чем при сварке непла-
вящимся электродом. Для получения высококачественных швов
необходима хорошая очистка соединений и проволоки до сварки.
Очистку можно выполнять механическим и химическим мето-
дами в зависимости от рода свариваемого материала.
Во всех случаях, где это возможно, рекомендуется собирать
и сваривать соединения в приспособлениях без прихваток. При
сборке на прихватках их рекомендуется устанавливать с обрат-
ной стороны соединения. Прихватку можно выполнять контакт-
ной сваркой, сваркой неплавящимся электродом и сваркой
тонкой проволокой в инертных газах. Размеры прихваток и их
расположение зависят от толщины металла и типа свариваемо-
го соединения. Прихватки перед сваркой должны быть тща-
тельно очищены. При выполнении прихваток плавящимся элек-
тродом целесообразно сборку выполнять короткими швами,
82
которые не перевариваются и остаются в соединении как
основные.
Сварка в нижнем положении
Сварка стыковых соединений. Плавящимся электродом уда-
ется качественно сваривать металл толщиной не менее 0,8 мм,
а в ряде случаев не менее 1,5 мм. Металл толщиной до 4 мм
рекомендуется сваривать без разделки кромок в сборочно-
сварочных приспособлениях на съемных медных или нержавею-
щих подкладках либо остающихся подкладках. Необходимо
обеспечить высокое качество сборки, точное направление
электрода по оси стыка и поддержание неизменным режима
сварки. Сварку ведут углом вперед. Для соединения тонкого
металла рекомендуются: сварка проволокой d8 = 0,8-r-l,2 мм
на малых токах и напряжениях; сварка с периодическим умень-
шением мощности дуги или с перерывами горения дуги;
импульсно-дуговая сварка.
Во всех случаях предпочтительно сварку тонкого металла
вести в вертикальном положении сверху вниз. Металл толщи-
ной более 5 мм можно сваривать как на весу, так и на подклад-
ках. Металл толщиной до 12 мм сваривают без разделки кромок
или с V-образной разделкой под углом 50—60°, а больших тол-
щин— с V-, U- и Х-образной разделкой. Для улучшения форми-
рования шва ведут сварку с поперечными колебаниями электро-
да или расщепленным электродом. Сварку металла большой
толщины рекомендуют выполнять в гелии или смеси аргона с
гелием (40—60%) [65,66].
Техника сварки стыковых кольцевых швов подобна технике
сварки прямолинейных швов. Металл толщиной до 4 мм целе-
сообразно сваривать в полупотолочном или вертикальном поло-
жении сверху вниз проволокой малых диаметров или импульс-
ной дугой. Металл толщиной 5 мм и более сваривают в нижнем
положении со смещением электрода с зенита в сторону, проти-
воположную вращению детали. Величина смещения зависит от
диаметра детали, силы тока и скорости сварки. При сварке ме-
талла с полным проваром корневой шов сваривают тонкой про-
волокой или импульсной дугой в вертикальном или полупото-
лочном положении или неплавящимся электродом в аргоне, а
остальное сечение заваривают в нижнем положении.
Сварка нахлесточных соединений. Металл толщиной до 1,5 мм
обычно сваривают на медной или стальной подкладке. Дугу
направляют на верхнюю кромку. Металл большей толщины сва-
ривают на весу, с наклоном электрода поперек шва. Дугу на-
правляют в угол среза кромки верхнего листа.
Сварка угловых соединений. Такую сварку выполняют как
«в лодочку», так и наклонным электродом. В последнем случае
электрод наклоняют на 50—60° к полке. При сварке тонкого
6* 83
металла дугу направляют в угол. При толщине металла более
5 мм во избежание подрезов стенки электрод смещают в сторо-
ну полки на 0,8—1,5 мм. В отдельных случаях сварку ведут уг-
лом вперед, что улучшает формирование шва.
Сварка вертикальных, горизонтальных
и потолочных швов
Сварка вертикальных швов. В большинстве случаев сварка
производится со свободным формированием. Прямолинейные
вертикальные швы на металле б > 10 мм, а горизонтальные —
на металле б > 6 мм можно сваривать также с принудительным
формированием. Особенности техники их сварки подобны осо-
бенностям техники сварки в активных газах (см. гл. III). Раз-
делка кромок при сварке со свободным формированием верти-
кальных, горизонтальных и потолочных швов обычно делается
так же, как при сварке неплавящимся электродом.
Сварку вертикальных швов со свободным формированием
рекомендуется выполнять тонкой проволокой (d3 = 0,8-=-1,2 мм)
на режимах с частыми короткими замыканиями и импульсной
дугой.
Сварку меди и титана (б < 4 мм), стали (б < 6 мм) в аргоне
и гелии и алюминия (б < 4 мм) в гелии выполняют сверху вниз.
Электрод располагают снизу вверх, дугу направляют на перед-
ний край ванны жидкого металла, стремясь уменьшить ее сте-
кание и одновременно проплавить корень шва. При сварке
сверху вниз обеспечивается высокая производительность и хоро-
шее формирование шва. Однако при сварке металла большой
толщины жидкая ванночка натекает на нерасплавленные кром-
ки, и в шве появляются непровары. Поэтому металл больших
толщин сваривают снизу вверх, хотя скорость сварки при этом
в 1,5—3 раза меньше. Сварку алюминия в аргоне обычно вы-
полняют снизу вверх.
Сварку снизу вверх ведут электродом, наклоненным снизу
вверх на угол 75—85°. Металл толщиной до 4 мм сваривают без
поперечных колебаний электрода, а больших толщин — с коле-
баниями. Силу тока выбирают исходя из толщины металла, и
жидкотекучести ванночки (табл. 16). Максимально допустимые
токи определяются возможностью удержания ванночки на вер-
тикальной плоскости. Напряжения следует брать наименьшими.
Импульсно-дуговая сварка позволяет существенно упростить
сварку вертикальных швов. Периодическое увеличение давления
дуги в моменты наложения импульсов и удары капель о ванну
уменьшают стекание. При сварке в аргоне металла толщиной
до 3 мм рекомендуется частота следования импульсов 33 и
50 имп./с, толщиной 3—6 мм — 50 имп./с, а металла большей
толщины—100 имп./с. При сварке в гелии и смеси аргона
с гелием рекомендуется частота следования импульсов
84
100 имп./с. При сварке односторонних вертикальных швов реко-
мендуется соединения собирать с зазором, что улучшает провар
соединения. В ряде случаев для надежного проплавления корня
его рекомендуют проваривать неплавящимся электродом.
Сварка горизонтальных швов. На металле толщиной 1—6 мм
сварку горизонтальных швов со свободным формированием
обычно выполняют тонкой проволокой на режимах с частыми
короткими замыканиями и импульсной дугой (табл. 17). Металл
толщиной до 3 мм сваривают без разделки кромок, для полу-
чения минимального усиления шва сборку производят с неболь-
шим зазором, сварку ведут углом вперед с наклоном электрода
снизу вверх на 75—85°, без поперечных колебаний электрода.
Для уменьшения стекания ванны сварку следует вести на низ-
ких напряжениях, дугу направлять на жидкую ванну. При
толщине металла более 4 мм делают скос кромки верхнего листа
и сварку ведут с наклоном электрода сверху вниз. На металле
толщиной более 8 мм корневой шов сваривают тонкой проволокой
с частыми короткими замыканиями, импульсно-дуговой сваркой
или неплавящимся электродом; основное сечение разделки зава-
ривают плавящимся электродом на больших токах, а облицо-
вочный шов — тем же способом, что и корневой.
Сварка потолочных швов. Потолочные швы выполняют им-
пульсной дугой, тонкой проволокой на режимах с частыми
короткими замыканиями и на струйном процессе. Сварку пото-
лочных швов на сплавах алюминия ведут углом вперед, а свар-
ку других материалов — углом назад. Дугу и поток защитного
газа направляют на ванну, чтобы уменьшит ее стекание. С этой
же целью увеличивают расход газа и давление струи, а также
ведут сварку на пониженных напряжениях. Силу тока выбирают
исходя из толщины металла и возможности удержания ванноч-
ки (табл. 18).
Металл толщиной до 4 мм сваривают без поперечных коле-
баний электрода, а большей толщины — с колебаниями. Металл
толщиной более 6 мм рекомендуется сваривать за несколько
проходов.
Сварка электрозаклепками и точками
Сварку электрозаклепками и точками применяют при выпол-
нении нахлесточных, угловых и стыковых соединений. При этом
обеспечивается достаточная прочность и минимальные дефор-
мации соединений. Для соединения металла толщиной до 2 мм
во всех пространственных положениях, а больших толщин
в вертикальном и потолочном положениях рекомендуется
импульсно-дуговая сварка и сварка с частыми короткими замы-
каниями. Металл большей толщины в нижнем положении ус-
пешно сваривается струйным и крупнокапельным процессами.
85
S Таблица 16
Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки вертикальных швов в инертных газах (полярность обратная)
Свариваемый материал Толщина 8. мм Эскиз соединения Зазор а, мм Процесс сварки Защитный газ Диаметр электрода, мм Сила сварочного гока, А Напряжение, В Вылет электрода, мм Скорость сварки, м/ч Расход газа, л/мин Примечание
Сплавы алюмн- 2,5-3 -г* о + 0.5 ИДС Аргон 1.4-1,6 60-80 17-18 10-12 35-40 8—9 Снизу вверх; /—50 имп./с, /и-500+600 А, /и-2 мс То же Сверху вниз
НИЯ J
4-5 1 о+о • 5 ИДС ИДС > Гелий 1.6-2,0 1.2—1,6 120-160 100-140 го- 21.5 27—30 10-15 8—12 25-30 40-60 8—9 14-17
-I h?
6-7 0 + 0.8 о+1 ИДС ИДС Аргон Гелий 1 .6-2,0 1.2-1.6 150-180 120-150 21-22 28-31 10-15 8-12 20-30 22-35 10-12 14—18 Снизу вверх То же
8 ИДС Аргон 2.0 1 80—250 21,5- 22,5 12-15 20-30 10-12 Снизу вверх; /=100 имп. с, 7и-600+750 А, 1 ,5+2,0 мс
1 Г
10 70° о+* ИДС Аргон 2.0-2,5 220-250 21—23 12-18 18-25 12-14 Снизу вверх; /—100 имп. с.
7Н-600 + 750 А. *и— 1,5+2,0 мс Снизу вверх
1 Струй- ный » 1 .6 230—250 21-22 12-15 20-25 25-30

00
14-25 Ча 7 Г
а о+' ИДС Аргон 2,0-2,5 240-300 23-24 12-18 10-20 14-16 Снизу вверх; /—100 имп.. с, / =700 + 800 А,
б j\ | Струй- ный ИДС » » 1 .6 2,0—2,5 230-250 220—230 21-23 21—24 12-15 12-18 10-20 10-25 25-30 12-25 "и-1.5+2 мс Снизу вверх Снизу вверх; 100 имп. с, /и=700 + 800 А. /н-1.5+2,0 мс

10-25
«3 5 l/ * о+* ИДС Струй- ный Гелий Аргон 1.6 1.6 200—250 230-270 28—32 21-24 12-18 12-15 12-30 10-25 15—20 20-25 То же Снизу вверх

Спла* вы меди 8 10 60° 0+1 ИДС > > » 1 .2-1,5 1 .2—2.0 100-140 100—160 22-24 22-26 15-18 15-20 15-16 12-13 12-14 12-14 Снизу вверх; /=50 имп./с, /и=700 + 800 А. /и=2 мс
8
Продолжение табл. 16
Свариваемый материал •б к о J Эскиз соединения О О. "и <п и Процесс сварки Защитный газ Диаметр электрода. мм Сила свароч- ного тока. А О X X ф X ое СЬ - а XCQ Вылет элект- рода, мм Скорость сварки, м.ч Расход газа, л/мин Примечание
Сплавы меди 16 о+* ИДС Аргон 1.5-2.0 140—180 24-26 20 9—10 12-15 Снизу вверх; /—50 и мп./с, 7 —700+800 А. /и-2 мс
20 24 80° о+* о + > ИДС ИДС » > 1.5-2.0 1.5-2,0 140—180 1 40-180 24-26 24-26 20 20 7-8 5-6 12—15 12-15 Снизу вверх; /- 100 имп.'с, 7 =700+800 А, f„=2 мс То же
Титан 3—10 К-3+6 «3 .1 6 *с 0 + 0,5 ИДС Гелий 1.2 60-80 27—32 10-12 12-18 15-18 Снизу вверх; /и-800 А. G,=2 мс- /=100 нмп./с.
£55^

4-9 К-4+7 10-16 К-4+7 3VZ 7\\Л7* | + > 2 + 1 ИДС ИДС > > 1 .2 1 .2 60-70 90-100 27—32 30-32 10-12 10-12 12-18 10-14 15—18 15-18 То же »

18-46 К-4+7 *! 1 з+> ИДС > 1.2 90-100 30-32 10—12 8-12 15-18 »

3—9 10—16 60° tf -fl- 2 + 1 2+* ИДС ИДС ИДС > » > 1.2 1.2 1.6 60-80 90-100 100-120 27-32 30-32 30-32 10-12 10-12 12-16 12-18 10-14 12—16 15-18 15-18 18—20 > Снизу вверх; /и— 1 200 А. 7и-2 мс. /—50 имп. с
18—48 2-6 6 0° \а 3-4 ИДС ИДС » > 1 .2 * ,6 90-100 100-120 30- 32 30-32 10—12 12-16 20-30 20-30 15-18 18-20 То же »
8
8
Продолжение табл. 16
Свариваемый материал Толщина S, мм Эскиз соединения Зазор а, мм Процесс сварки Защитный газ Диаметр электрода, мм Сила сва- рочного тока, А Напряжение. В Вылет элект рода, мм Скорость сварки, м ч Расход газа, л,мин Примечание
Сталь XI8H9T 1,5-3 4-8 7-25 1 / X 1 0 + 0.5 1 + 1 1 + ’ + -4-2+1 К. з. ИДС ИДС К. з. Гелий АрГОН » Гелий 0,8-1.0 1.2 1 .2—2,0 1.0-1.2 140-190 60-110 120-170 160-1 80 23-27 18- 19,5 19-21 25-2 7 9—11 8-12 12-22 8-12 40-70 50—70 15-25 10-25 15 10-12 14-20 15 Сверху вниз То же Снизу вверх; 1—50 нмп./с; / =700-=-1000 А. 'и“2 мс Снизу вверх
1

1,5-5 2-6 2—6 , -и-* 0+0.5 0+0.5 О+О.Э^. 4-1+0.5 ИДС Струй- ный К. з. ИДС Аргон » Гелий » 1 .0—1,2 0,8—1 ,0 0,8-1.0 0,8—1,0 60-110 170-220 140-190 140- 190 18-19 20-23 23-27 25—29 8—12 8-12 8—1 1 8—1 1 50-70 50—70 40-70 50-70 10-12 15 15 15 Сверху вниз, f=50 имп./с Сверху вниз. То же »
*\'7777/.

7-25 6-25 1+0.5 1+0.5 К. з. ИДС > Аргон 0.8-1,0 1.2—2,0 160—1 80 120-170 25—27 19-21 8-11 12-22 8-20 8-20 1 5 14-20 Снизу вверх Снизу вверх; f=50-i-100 имп./с, /и=7004-1000 А, /и=1 ,5+2.0 мс
Таблица 17
Ориентировочные режимы сварки горизонтальных швов в инертных газах (постоянный ток. обратная полярность)
Ш Ч л я 2 s Й 2 я 022 Толщина б, мм Эскиз соединения Зазор а, мм Процесс сварки Защитный газ Диаметр электро- да, мм Сила сва- рочного тока, А Напряже- ние, В Вылет электрода, мм Скорость сварки, м/ч Расход газа. л< мин Примечание
Алюминий 2,0 4,0 = 1,О + 0’5 О,5+0’5 ИДС Аргон 1,2 1,6 -2,0 60-70 100—180 17—18 20—22 10—12 16—20 50 30—35 12—14 16—18 / = 50 имп./с 50ч-100 имп./с
16,0 *8 А1 О,5+015 » » 1,2—1,6 70—120 18—21 10—14 40 13—16 Первый проход и облицовоч-
Струй- ный > 1,6—2,0 230—260 23—25 16—20 10—12 20—25 ные швы Основное сечение
о X 00 1,5 3,0 «8 0,8+0,5 1,0+0,5 К. з. » ИДС Гелий > Аргон или гелий 0,8 0,8—1,2 1,2 80-100 120—140 120—140 21—22 21,5— 23 20-21 8-10 8-12 10-12 45—50 40 35 20—25 25—30 14—16 / = 50 имп./с
Сталь ' 10 «8 Ю-45° О,5+0,5 к. з. Гелий 0,8 100—130 22—23 8—10 25—30 20—25 Первый проход
1 Сруи- ный Аргон 1,2-2,0 250 -300 25—26 1э—18 16—18 16—18 Основное сечение
Jg Таблица 18
Ориентировочные режимы импульсно-дуговой сварки потолочных швов в аргоне (постоянный ток, обратная полярность)
Сваривае- мый металл Толщина, мм Эскиз соединения Диаметр электрода, мм Сила свароч- ного тока, А Напряже- ние, В «в о ье- 5*ж Л 5 а Скорость сварки. и 'ч Расход газа, л мин Примечание
Сплавы алюминия 2,5—3 1.2-1,6 60—80 17—18 8—12 25—30 8—10 f = 33 -+- 50 имп./с; /и = 600 ч- 700 А; /и = 2 мс
4—6 1,6—2,0 120-180 20-22 10—15 20-30 8—12 f = 50 имп./с; /и = 650 ч- 750 А; = 1,8 ч- 2,0 мс
8-10 2,0—2,5 180—250 21—23 12—18 20-30 10-14 f = 100 имп./с; /и = 700 ч- 900 А; /н = 1,5 ч- 1,8 мс
Продолжение табл. 18
Сваривае- мый металл Толщина, мм Эскиз соединения Диаметр электрода, мм Сила сварочного тока, А Напряжение, В Вылет электрода, мм Скорость сварки, м.ч Расход газа, л мин Примечание
Сплавы алюминия 14—25 2,0—2,5 240-300 23—24 12—18 10-20 14—26 f = 100 имп./с; /и = 700 ч- 900 А; tM — 1,5 ч- 1,8 мс

Сплавы меди 4—6 1,0—1,5 120-150 21-25 12-15 14—16 12—14 f = 50 ч- 100 имп./с; /и = 700 ч- 750 А; /и = 1,4 ч- 1,8 мс
8—16 1,2—2,0 120—160 22—26 15—18 10-14 15-16 f = 50 ч- 100 имп./с; /и = 720 ч- 800 А; /и = 1,8 мс
Продолжение табл. 18
Примечание f = 33 -т- 50 имп./с; /н = 700 А; О -Е сч II X
нин/tr etej Voxoed сч 7 о
h к 'нмйеяэ чхэойомэ ю со 1 8
ин •erodxxairt laurig 8-12
0 •эинэ-wuduBH 18-19
V ‘виол oJonhodEsa Е1ГИЭ 7 S
НН 'erodiMSL's йл.эиеиЦ' 1,0—1,2
inreidH цгчк
-эенийваэ
Сварка в гелии
16Н81Х
94
Сварку электрозаклепками выполняют вертикальным элек-
тродом с подачей проволоки. Металл толщиной до 2 мм в вер-
тикальном и потолочном положениях и до 4 мм в нижнем поло-
жении можно сваривать без пробивки отверстий в верхнем
листе. При большей
толщине рекомендует-
ся делать отверстия в
верхнем листе для
уменьшения усиления,
увеличения сечения
точки и ее прочности.
Размеры электроза-
клепок и точек опреде-
ляются силой тока, на-
пряжением, длитель-
ностью сварки и диа-
метром электрода. С
увеличением силы тока
увеличивается диаметр
точки, глубина прова-
ра и усиление. С повы-
шением напряжения
увеличивается диаметр
точки и уменьшается
усиление. С увеличени-
ем длительности свар-
ки увеличивается диа-
метр точки, глубина
провара и высота уси-
ления. При выборе
времени сварки следу-
ет учитывать, что при
очень малом времени
возможны непровары,
а при большом — чрез-
мерная высота усиле-
ния. С увеличением
диаметра электрода
увеличивается диаметр
ТОЧКИ.
Рис. 39. Расположение электрода и типы сопл
при сварке электрозаклепками и точками
Металл толщиной до 2 мм сваривают без изменения тока.
При сварке металла большей толщины целесообразно в начале
сварки ток задавать большим, а затем плавно или ступенчато
уменьшать. Программирование тока позволяет регулировать
глубину провара, улучшает формирование точки, позволяет
изменять термический цикл и свойства соединения.
Для увеличения размеров точки сварку можно вести с кру-
говым перемещением электрода и с полным проплавлением
95
нижнего листа. Во избежание прожогов сварку ведут на медных
или нержавеющих подкладках. При сварке листов разной тол-
щины заклепки лучше ставить со стороны более тонкого метал-
ла. Сварка соединений точками производится углом вперед при
неподвижной горелке и быстрым перемещением ее от точки
к точке без выключения подачи проволоки и газа.
При сварке электрозаклепками прижатие деталей осущест-
вляют соплами. Сопла целесообразно брать такой формы, чтобы
они обеспечивали также центровку электрода относительно сое-
динения (рис. 39). Сопла должны иметь каналы для выхода
газов в процессе сварки. В противном случае не удается полу-
чить точки высокого качества.
Электрозаклепками и точками успешно сваривают алюми-
ний и его сплавы при небольшой толщине листа (табл. 19) [7,
66]. Для обеспечения высокого качества сварки необходима
хорошая очистка листов и проволоки и тщательная сборка.
Таблица 19
Режимы сварки электрозаклепками сплава АМгб в аргоне
Толщина
элементов,
мм
Процесс сварки
верх-
него
ниж-
него
Диаметр
электрода,
мм
Сила сна
рочного
тока. А
0,6
1,2
1.0
3,5
3,5
3,5
2,5
3,5
Кр.
Капельный
ИДС
Струйный
2,0
2,0
1,6—2,0
2,0
120
160
140-150
260
20
22
21-22
26
1,5 20-22 930
2,0 20-22 813
1,7 18-20 —
3,0 20-22 1240
Примечание. Постоянный ток, обратная полярность, проволока Св-АМгб,
расход аргона 7 л мин.
Электрозаклепками успешно сваривают алюминий со сталью,
титаном и медью [105]; электрозаклепками и точками — магние-
вые сплавы толщиной 1,5—5 мм [92], а также нержавеющую
сталь Х18Н9Т [7].
Наплавка в инертных газах
Наплавка в инертных газах применяется при восстановлении
деталей из цветных металлов и высоколегированных сталей,
а также при наплавке этих материалов на углеродистые стали.
Наплавку используют при ремонте алюминиевых поршней, |где
наплавляют канавки под уплотнительные кольца и верхнюю
часть головки (табл.20).
96
Таблица 20
Режимы наплавки головок поршней
Диаметр поршня, мм Диа- метр элек- трода, мм Сила сварочного тока, А Напря- жение, В Ско- рость сварки, м/ч Смете ние элек- трода, ММ Расход аргона, л'мнн Источник
80—140 2 280—300 24—26 16-18 10-20 13-15 [291
250-350 3 380—420 29—31 20—25 15-30 18—20 По данным Л. А. Агаркова и А. А. Будая
П р и м е ч а аргон марки А н и е. Постоянный ток, обратная полярность, проволока марки АК, Б по ГОСТ 101 57-62.
Успешно освоена наплавка в аргоне алюминиевой бронзы на
сталь (24]. Наплавку в нижнем положении выполняют расщеп-
ленным электродом и импульсной дугой. При наплавке расщеп-
ленным электродом сварку ведут двумя электродами, располо-
женными поперек шва на расстоянии 6 мм на постоянном токе
обратной полярности /св = 180 4- 230 А, £7д = 20 4-24В; исв =
= 10 4-16 м/ч, расход аргона 15 л/мин. Формирование шва
хорошее, проплавление очень малое. В первом слое наплавки
содержится не более 0,5% Fe, твердость металла НВ 110—120.
Импульсно-дуговая наплавка позволяет наплавлять деталь
диаметром от 50 мм и более, а также выполнять наплавку во
всех пространственных положениях. Величина проплавления
стали и содержание в наплавке железа зависят от силы тока,
скорости сварки, параметров импульсов и других факторов.
Наименьшее проплавление наблюдается при скоростях сварки
10—12 м/ч, минимально возможной амплитуде импульсов и
частоте 33—50 имп./с. Импульсно-дуговую наплавку рекомен-
дуется вести углом вперед с наклоном электрода на 75—80°
к поверхности детали и с перекрытием валиков на */з их шири-
ны. Режимы импульсно-дуговой наплавки бронзы на сталь при-
ведены в табл. 21. У линии сплавления обнаружены отдельные
проникновения бронзы в сталь. Однако глубина проникновения
и их число меньше, чем при наплавке вольфрамовым электро-
дом. Металл наплавки плотный, по составу близок к бронзе
БрАМц9-2, твердость НВ 146—152, а предел прочности на отрыв
43—48 кгс/мм2.
Успешно освоена также импульсно-дуговая наплавка
в аргоне высоколегированной порошковой проволокой. Основ-
ными преимуществами импульсно-дуговой наплавки порошко-
вой проволокой является возможность ведения наплавки на
малых токах проволокой большого диаметра во всех простран-
ственных положениях и почти полное отсутствие разбрызги-
вания
7 Заказ 1374
97
Таблица 21
Рекомендуемые режимы импульсно-дуговой наплавки
бронзы БрАМц 9-2 на сталь
Диаметр электродной проволоки, м м Сила сва- рочного тока. А Напряже- ние, в Скорость наплавки, м ч Вылет электрода, м м Расход аргона, л ч Высота слоя наплавки за один проход, мм
1,2 80-110 19—20 10-15 12-15 10-11 2.0-2,5
1,5 90-140 20-22 12—16 14—17 12-14 2,5—3,0
2,0 90-170 22-23 14-19 15-17 15-17 4,0-5,0
Примечание. Ток постоянный, полярность обратная, f»50 -600-=-700А, Ги-1.64-2,0 мс. имп.с, 7И =
Например, была наплавлена внутренняя поверхность ци-
линдра диаметром 120 мм и длиной 1000 мм. Наплавку выпол-
няли проволокой типа НиМо-35 диаметром 2,3 мм по винтовой
линии в два слоя, на .постоянном токе обратной полярности,
/св = 140 -г- 160 А, [7Д = 24 -4- 25 В; псв = 12 м/ч, вылет электро-
да 20 мм, расход аргона 10—12 л/мин, /и = 700А; tu = 1,8 мс,
f = 50 имп./с. Процесс сварки стабилен. Каждый импульс сбра-
сывает с электрода одну каплю. Перед наплавкой заготовку
подогревали до 150° С, а после сварки замедленно охлаждали.
Толщина слоя, получаемого за один проход, составляла 4—5 мм.
Металл второго слоя содержит: 0,02—0,03% С; 0,2—0,3% Si;
0,05—0,1% Мп; 4—5% Fe; 34—35% Мо, остальное никель. Ме-
талл наплавки плотный, без трещин, отличается высокой корро-
зионной стойкостью в агрессивных средах восстановительного
характера.
8. Сварка цветных металлов
Цветные металлы существенно различаются по физическим
свойствам, химической активности и сродству к газам, которые
определяют особенности их сварки.
Сварка алюминия и его сплавов [6, 13, 60, 66, 68]
Алюминий и его сплавы отличаются высоким сродством
к кислороду, водороду и азоту. Окисление алюминия происходит
при всех температурах, поэтому поверхность его всегда покрыта
пленкой окиси. Окись алюминия имеет высокую температуру
плавления и не растворяется в жидком металле. Попадая в ван-
ну, она затрудняет сплавления с кромками и ухудшает форми-
рование шва. Водород интенсивно растворяется в расплавлен-
ном алюминии. При затвердевании растворимость его умень-
98
шается, что часто приводит к образованию пор. Наличие в спла-
ве магния увеличивает склонность к образованию пор.
Водород также ухудшает формирование шва. Влияние азота
зависит от состава сплава. При содержании в аргоне до 0,8% N
он не влияет на качество швов на чистом алюминии и сплаве
АМц. При сварке сплава ЛМгб присутствие даже 0,1% N резко
ухудшает формирование шва (68].
По свариваемости алюминий и его сплавы делят на следую-
щие группы: чистый алюминий, алюминиево-марганцсвые спла-
вы типа АМц; алюминиево-магниевые сплавы типа АМг; литей-
ные сплавы; термически упрочняемые сплавы типа авиаль и
дуралюмин.
При сварке в инертных газах всех сплавов необходимо
обеспечить надежную защиту зоны сварки инертным газом и
предупредить попадание в нее кислорода, водорода, азота и за-
грязнений. Для этого необходимо использовать аргон марки А
и Б по ГОСТ 10157—62 и чистый гелий, тщательно очищать
поверхность проволоки и свариваемых кромок. Очистку прово-
локи от жира и окисной пленки обычно выполняют химическим
путем. Для получения чистой проволоки необходимо строгое со-
блюдение постоянства состава травильных ванн и режимов
травления. Для более полной очистки применяют электролити-
ческое травление и вакуумирование проволоки (68]. Однако
после очистки на поверхности проволоки вновь образуется окис-
ная пленка и адсорбируется водород. Поэтому очищенную про-
волоку можно использовать для сварки только в течение
8—12 ч после очистки. Для замедления роста окисной пленки
и накопления водорода проволоку рекомендуют хранить в гер-
метической упаковке, заполненной аргоном.
Свариваемый металл обычно очищают механическим путем.
Очищенные детали можно хранить до сварки не более 3—4 су-
ток. Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают.
Сварку производят только на постоянном токе обратной поляр-
ности. Металл малых и средних толщин сваривают в аргоне,
а больших толщин — в смеси аргона с гелием (50—60%) и в
гелии.
Силу тока выбирают в зависимости от толщины металла
(табл. 22 и рис. 40 и 41). При очень больших токах ухудшается
формирование шва. Причиной этого является большое давление
дуги, интенсивное перемешивание металла в ванночке и нару-
шение защиты. С увеличением диаметра электрода и зоны, за-
щищенной аргоном, уменьшением напряжения дуги и скорости
сварки допустимые пределы токов сварки повышаются. Напря-
жение следует брать строго в зависимости от силы тока (см.
табл. 29). При низких напряжениях ухудшается формирование
шва, а при повышенных увеличиваются потери элементов. Ме-
талл толщиной до 5 мм сваривают без поперечных колебаний,
а большей толщины — с колебаниями, что позволяет улучшить
7*
99
Таблица 22
Режимы сварки алюминиевых сплавов в аргоне в нижнем положении (постоянный ток, обратная полярность)
Толщина металла 6, мм Эскиз соединения Зазор а, мм Процесс сварки Защитный газ Диаметр электрода, мм Сила сва* ромного тока. А Напряже- ние. В Вылет электрода, мм Скорость сварки, м.ч Расход защитного газа. л.'мин
2,5—3,0 <4 т g 0+0,5 ИДС Аргон 1,2 40—80 15-18 10—13 35—45 7-9
4,0 0+0.5 ИДС ИДС Струйный » Гелий Аргон 1,4—1,6 1,4—1,6 1,4—1,6 80-130 120—160 150—220 18-20 24—26 23—24 13—18 13—18 13—18 30-40 45—50 45—70 8-10 45—50 10—20

6,0 0+1 ИДС ИДС Струйный Гелий Аргон 1,6—3,0 1,6—2,0 1,6—2,0 180—250 180-200 200-320 23-26 25—30 23 -30 15-30 15—25 15-25 30-45 30-40 30-50 12-14 45—50 12—18

8—10 0+1 о+4 ИДС Струйный » » » Гелий 1,6—3,0 1,6—4,0 1,6—2,0 250—320 250—400 250—320 25—30 25—33 32—36 15-30 15—40 15—25 20-35 25-45 25-35 12—20 14—25 60-70
12—16 о+* о+1 •5 о+» -5 Струйный » Аргон > Гелий Не4-Аг (40%) 2,0 4,0 2,0—3,0 4,0 320—420 400-500 280—360 300—450 26-28 28-35 34—36 30-34 18-25 25—40 26—30 25—40 20—30 25-35 20—25 20-25 20-25 20-25 60-80 70—80
L
20—30 ЯГ о+1,5 > > Аргон НеЦ-Аг (40%) Гелий 2,0-4,0 2,0-4,0 2,0-3,0 310-550 300—500 280-360 26—35 30—35 34-36 20—40 20-40 20—30 18—20 18-25 20-25 18-25 60-80 70-80
2,5—3,0 "Ч 1 Г 0+0,5 ИДС ИДС К. з. Струйный Аргон Гелий Аргон 1,0—1,4 1,0—1,2 0,8—1,2 0,8-1,2 60—100 80—100 90—120 90—120 16-18 17—19 16—17 17—19 10—15 10—15 10-15 10—15 35—40 35—45 40—45 40—45 6-8 35—40 35—40 6—9

4,0—5,0 0+°,5 ИДС Струйный ИДС » » Гелий 1,2—1,6 1,2—1,4 1,2—1,6 120-220 150-220 150-200 18-22 19—22 25—30 12—18 12—15 12—18 25—35 25—35 25—40 10—12 10—12 35—40
11 1

г
8,0 и более 0+1 Струйный » Аргон Г елий 1,6—3,0 1,6-2,0 280—330 280—320 27—29 32—35 18—30 18—25 20-25 20—25 20—25 45—60
ч» «1

Рис. 40. Зависимость силы сварочного тока от скорости
подачи электрода (а) и коэфффициента расплавления
от тока (б) при импульсно-дуговой сварке в аргоне про-
волокой Св-АМгб, (1Л = 2 мм:
/ — сварка без импульсов; 2 — импульсно-дуговая. Поляр-
ность обратная. / ()= 750 А, - 1,8 • 10—’ с
Рис. 41. Зависимость
размеров шва от силы
тока, напряжения и па-
раметров импульсов при
импульсно-дуговой (а) и
обычной (б) (41] сварке
в аргоне проволокой
Св-АМгб, d, = 2 мм:
/ — без импульсов; 2 —
энергия импульсов 50 Дж
102
формирование шва. Полуавтоматическую сварку ведут углом
вперед.
Чистый алюминий и сплав АМц хорошо свариваются плавя-
щимся электродом. Проволоку рекомендуется брать по составу,
близкому к свариваемому металлу. Для предупреждения обра-
зования трещин на чистом алюминии в металле шва должно
быть не менее 0,35% Fe, а при сварке сплава АМц—не менее
0,45% Fe. Обычно швы не склонны к образованию пор. Проч-
ностные свойства сварных соединений составляют 90—97% от
предела прочности основного металла.
Рис. 42. Микроструктура металла шва при обычной (а) и
импульсно-дуговой сварке проволокой Св-АМгб, d3 = 2 мм
в аргоне при частоте следования импульсов 100 имп./с (б);
/< в == 120 A; Uл - 23 В
Свариваемость алюминиево-магниевых и литейных сплавов
несколько хуже. Сплавы типа АМг не склонны к образованию
трещин, но обладают повышенной склонностью к образованию
пор, которые располагаются в основном у линии сплавления и
вблизи поверхности шва. Поры обычно образуются при попа-
дании в зону сварки водорода, кислорода и азота. Измельчение
структуры шва, улучшение дегазации ванны и введение в ме-
талл бериллия приводит к уменьшению пористости. Прочность
металла определяется в основном содержанием магния. Учи-
тывая повышенные потери его в дуге, электродную проволоку
следует брать с более высоким содержанием магния, чем в ос-
новном металле. Прочностные свойства сварных соединений на
сплавах АМг составляют в среднем 85—95% предела прочности
основного металла. Выполнение сварки импульсной дугой
обеспечивает уменьшение потерь магния, измельчает микро-
структуру металла шва (рис. 42), повышает его плотность и
прочность [60].
Термически упрочненные сплавы типа АВ и дуралюмины
относятся к плохо свариваемым. Они склонны к образованию
трещин и разупрочняются в зоне термического влияния. Умень-
103
шение склонности к образованию трещин при сварке этих спла-
вов достигается использованием проволоки с высоким содер-
жанием кремния СвАК5, СвАКЮ и СвЛК12. Разработан ряд
термоупрочняемых сплавов, например Д19, Д20 и др., обла-
дающих удовлетворительной свариваемостью (6]. Уменьшения
разупрочнения в зоне термического влияния можно достигнуть
применением импульсно-дуговой сварки в аргоне и гелии, выпол-
няемой на режимах с минимальной погонной энергией. Проч-
ность сварных соединений термически упрочненных сплавов
определяется прочностью зоны термического влияния и на спла-
вах АВ Т! и АД составляет 57—72% прочности основного
металла. Прочность соединений может быть повышена путем
термической обработки соединения после сварки.
Сварка титана и его сплавов [13, 71, 81]
Титан и его сплавы обладают высоким сродством к кислоро-
ду, азоту и водороду. Интенсивное окисление титана начинается
при нагреве выше 400° С, а взаимодействие с азотом — при
нагреве выше 600° С. Поглощение водорода титаном в тысячи
раз больше, чем железом. Эти газы, а также углерод снижают
пластичность и повышают твердость титана.
Технический титан и ряд его сплавов используют для изго-
товления сварных конструкций. Основным требованием при их
сварке является предупреждение попадания газов и углерода
в зону сварки к участкам, нагреваемым выше 400° С. Сварку
ведут в аргоне марки А и химически чистом гелии с дополни-
тельной защитой шва и основного металла. При хорошей защи-
те шов имеет серебристую блестящую поверхность. Наличие
цветов побежалости, серые и бурые налеты свидетельствуют
о плохой защите. Для предупреждения попадания газов и угле-
рода в зону сварки необходимо тщательно очищать поверхность
свариваемых кромок и проволоку. Очистку выполняют меха-
ническим путем с обезжириванием. Сборка соединений произ-
водится обычно аргоно-дуговой сваркой вольфрамовым элек-
тродом. Для улучшения защиты корня шва его подваривают
сплошным швом.
Режимы сварки выбирают исходя из толщины металла
с учетом склонности сплава к росту зерна и термическому
циклу (табл. 23). Для уменьшения роста зерна рекомендуются
режимы с малой погонной энергией и повышенными скоростями.
Учитывая высокое электросопротивление титана, сварку ведут
с малыми вылетами электрода. При сварке на низких режимах
возможен непровар корня шва. Во избежание этого рекомен-
дуют корень шва выполнять аргоно-дуговой сваркой вольфрамо-
вым электродом, а остальное сечение шва — сваркой плавя-
щимся электродом.
104
3-
9
1
Режимы сварки сплавов титана плавящимся электродом (обратная полярность)
105
Продолжение табл. 23
При сварке в аргоне на больших
токах вследствие низкой теплопровод-
ности титана и мощного потока паров,
истекающих с титанового электрода,
наблюдается узкое глубокое проплав-
ление и поры в корне шва. Для расши-
рения проплавления и исключения пор
сварку рекомендуют выполнять в
гелии и смеси гелия с аргоном (20%).
В тех случаях, когда к размерам и
форме швов предъявляют повышен-
ные требования, после сварки плавя-
щимся электродом края швов пере-
плавляют вольфрамовым электродом
или накладывают поверх облицовоч-
ный шов. Свойства сварных соедине-
ний определяются составом электрод-
ной проволоки, режимом сварки и по-
следующей термической обработкой
соединения. Для сварки выпускают
ряд проволок диаметром 0,8—7 мм.
Проволока поставляется чистой после
вакуумного отжига.
Для сварки технического титана и
однофазных а-сплавов с ов<90 кгс/мм2
используют проволоку марки ВТ 1, а
для более прочных — ВТ2, ВТ5 и др.
Для повышения прочности, пластично-
сти и стойкости против образования
трещин сварные соединения термиче-
ски упрочняемых сплавов подвергают
термической обработке, режим кото-
рой зависит от состава сплава и необ-
ходимых свойств. При правильном вы-
боре проволоки, режимов и термиче-
ской обработки механические свойства
соединений близки к свойствам сое-
динений, выполненных вольфрамовым
электродом. Основными дефектами
сварных соединений на сплавах тита-
на являются поры и трещины, кото-
рые появляются обычно при попада-
нии в зону сварки кислорода, азота,
водорода и повышенных скоростях
сварки. Использование чистой прово-
локи, чистых газов и уменьшение ско-
ростей сварки позволяет предупредить
образование пор и трещин.
106
Сварка меди и ее сплавов [1, 13, 14, 88]
Медь и ее сплавы обладают высокой теплопроводностью
и жидкотекучестью. Медь интенсивно окисляется только при
высоких температурах, а образующаяся закись меди (Си2О)
хорошо растворяется в расплавленном металле, что может при-
вести к образованию трещин. Медь не взаимодействует с азо-
том. Водород растворим в расплавленной меди. Свойства и сва-
риваемость меди и ее сплавов зависят от их состава. Сплавы
меди с цинком (до 45%) называют латунями. Помимо цинка,
латунь может содержать и другие элементы (олово, марганец,
кремний и др ). Сплавы меди, не содержащие цинка, называют
бронзами. В промышленности применяют также медноникеле-
вые сплавы.
Медь. Сварка меди затрудняется интенсивным окислением
ее в нагретом и расплавленном состоянии, большой жидко-
текучестью и высокой теплопроводностью. Свариваемость меди
зависит от содержания в ней кислорода, висмута и свинца. При
повышенном количестве этих элементов в металле шва и около-
шовной зоне образуются трещины. При сварке меди, содержа-
щей кислород, попадание водорода в зону дуги приводит
к образованию пор и трещин.
Для хорошей свариваемости в меди не должно быть более
0,03% О2, а для ответственных конструкций не более 0,01% О2.
Введение в металл шва кремния, алюминия и титана раскисляет
шов и повышает его стойкость против образования пор и трещин.
Медь хорошо сваривается плавящимся электродом в аргоне,
азоте, в смеси аргона с азотом и в гелии. Паилучшее формиро-
вание швов имеет место в аргоне и гелии. При сварке в азоте
снижается ее стоимость и повышается производительность.
Из-за высокой теплопроводности меди для получения надеж-
ного провара в начале сварки и хорошего сплавления по
кромкам детали подогревают до 200—500° С. При сварке
в аргоне подогрев необходим при толщине металла более 4,5 мм,
а в азоте — более 8 мм. При выполнении сварки двумя дугами
в аргоне удается сваривать без подогрева медь толщиной до
12,7 мм [86]. Некоторые режимы сварки меди приведены в
табл. 24.
Стыковые соединения сваривают обычно на подкладных план-
ках. Импульсно-дуговая сварка в аргоне обеспечивает возмож-
ность выполнения вертикальных и потолочных швов, уменьшает
пылегазовыделение, а также позволяет сваривать тонкий металл.
Качество швов определяется чистотой защитного газа и составом
электродной проволоки. Так, для сварки обычно используют
аргон марок Л или Б по ГОСТ 10157—62 и чистый гелий и азот.
107
Режимы сварки меди плавящимся электродом в защитных газах в нижнем положении
Таблица 24
Толщина металла мм Эскиз соединения Зазор а, мм Процесс сварки Защитный газ Диаметр электрода, мм Сила сва- рочного тока, А Напряже- ние, В Вылет электрода, мм Скорость сварки м'ч Расход за- щитного газа, л мин
0,8-1,0 .а q + 0.5 ИДС К. 3. Аргон Азот 0,8-1,2 0,8 80-110 80—110 18-20 18—20 10—14 10—12 30-45 30-45 7—9 7—9

J L

2-3 1-1,5 ИДС К. 3. Аргон Азот Аргон 0,8—1,6 0,8—1,2 0 8-1,2 140—210 140-200 140—200 19—23 20-25 19-23 10—18 10-14 10-14 25—35 25-35 25-30 8-10 8-9 8—10

5-6 ч 1 ,б 2-3 К. з. Струйный ИДС Азот Аргон » 1,0—1,4 1,0—1,6 1,2—3,0 250—320 250—320 250—320 24—27 23-26 23-28 10 — 16 10—18 12—30 22—28 20—25 20-25 10—12 10-12 10—12
1
8-10 % — Струйный Кр. Гелий Азот 2,0—3,0 1,6—3,0 1,6-3,0 350—550 300—500 300—500 32-37 33—38 34—39 20—35 18—35 18—35 18-20 20—22 20—28 14—16 30—40 14—16

1
Продолжение табл. 24
Толщина металла 6, мм Эскиз соединения Зазор а. мм Процесс сварки Защитный газ Диаметр электрода, мм Сила сва- рочного тока. А Напряже- ние. В Вылет электрода, мм Скорость сварки, м'ч Расход за- щитного газа, л мин
12—14 ап° 1,5-2,5 Струйный » Кр. Аргон Гелий Азот 2,0—4,0 1,5—3,0 1,5-3,0 300—500 270—500 280—500 28-36 32—38 32—39 20—40 18-35 18—35 16—18 18—22 18—22 14—18 30—40 14-16
12,7 •А а — Струйный (расщеплен- ным элект- родом) Аргон 1,6 400 на каж- дой дуге 25 20 18 24

16—20 3—4 Струйный » Кр. Аргон Гелий Азот 2,0—4,0 2,0-4,0 2,0—4,0 350—680 350-650 350,—650 32-39 34—42 35—42 20-40 20—40 20—40 16—18 16-20 16—20 14 — 18 30-50 14—18
Примечание. Постоянный ток, обратная полярность. Проволоки марок Бр.КМцЗ-1 и МНЖ 5-1. Детали толщиной более 5 мм
нагревают до 200—5U0c С.
Таблица 25
Ориентировочные режимы сварки латуни ЛМНЖ 55-3-1 и бронзы Бр.АМц9-2 и Бр.АЖМц9-5-2 в аргоне в нижнем положении
Толщина металла 6, мм Эскиз соединения Зазор а. мм Процесс сварки Диаметр электрода, мм Сила свароч- ного тока, А Напряже- ние. В Вылет электрода, м м Скорость сварки, м ч Расход газа, л мин
3 0+1 ИДС К. з. 1,0—1,5 1,0—1,5 150—190 160-190 23—25,5 22—25 10—16 10—16 20-25 20-25 о — 1 1 оо сп

4—5 0+1.5 ИДС К. з. 1,0-1,5 1,0-1,5 140-220 160—220 23—26 22-26 10-16 10—16 . 20—22 20—22 10—12 10-12
Продолжение табл. 25
НО
При наличии в азоте кислорода пластичность соединений
заметно снижается [14]. Для сварки меди Ml и М рекомендуют-
ся проволоки Бр.КМцЗ-1 и МНЖКТ, которые обеспечивают
получение плотного шва без трещин. Механические свойства
сварных соединений близки к свойствам основного металла.
Коррозионная стойкость металла шва, выполненного проволо-
кой МНЖКТ, такая же, как и основного металла, а проволокой
Бр.КМцЗ-1 несколько ниже. Сварку жестких соединений реко-
мендуют выполнять проволокой МНЖКТ.
Латунь. Сварка латуни сопряжена с трудностями из-за ин-
тенсивного угара цинка. Особенно интенсивно испаряется цинк
из электрода. Введением цинка в проволоку не удается суще-
ственно повысить содержание его в шве. Латунь обычно
сваривают в аргоне марок А или Б или в гелии бронзовыми
проволоками Бр.КМцЗ-1 или Бр.АМц9-2. Некоторые режимы
сварки латуни приведены в табл. 16 и 25.
Для уменьшения выгорания цинка рекомендуется вести
сварку на пониженных напряжениях и токах, а также импульс-
ной дугой. Для повышения содержания цинка в шве рекомен-
дуется сваривать соединения без разделки кромок за один
проход. Поскольку теплопроводность латуни ниже, чем меди,
металл толщиной до 20 мм сваривают без подогрева. Швы,
выполненные проволокой 1?р.АМц9-2, плотные, без трещин и
других дефектов. При сварке проволокой Бр.КМцЗ-1 жестких
соединений в металле шва встречаются трещины. Применение
импульсно-дуговой сварки уменьшает потери элементов и пыле-
газовыделение, позволяет сваривать латунь в вертикальном,
горизонтальном и потолочном положениях. Структура металла
шва состоит из а- и p-фазы, доля p-фазы составляет около 70%
(рис. 43, а). В околошовной зоне наблюдается рост зерен. Меха-
нические свойства сварного соединения вполне удовлетвори-
тельные.
Сварку латуни с медью выполняют в аргоне, гелии или азоте
проволоками Бр.КМцЗ-1, Бр.АМц9-2 или МНЖКТ. При толщи-
не медной детали более 4 мм ее подогревают до температуры
200° С. Режимы сварки выбирают по толщине медной детали, но
сварку ведут на пониженных напряжениях и электрод смещают
в сторону меди. Применение импульсно-дуговой сварки позво-
ляет сваривать вертикальные и потолочные швы, при этом ис-
ключено подплавление медных труб малых толщин и разбрыз-
гивание. Прочность соединений медь — латунь близка к проч-
ности меди. Импульсно-дуговой сваркой успешно соединяют
также латунь со сталью. Сварку выполняют проволокой
Бр.АМн9-2. Режимы сварки выбирают такие же, как при сварке
латуни. При толщине соединения до 8 мм делают скос латунной
кромки, при большей толщине — скос обеих кромок.
Алюминиевые бронзы. Сварка алюминиевых бронз марок
Бр.АМц9-2. Бр.АЖМц 10-3-1,5 и др. успешно выполняется в арго-
111
не марок А и Б и гелии проволоками Бр.АМц9-2 и
Бр.ЛЖМц 10-3-1,5 (см. табл. 25). Для получения плотных швов
с хорошим формированием следует тщательно очищать прово-
локу и кромки, а также обеспечивать хорошую защиту зоны
Рис. 43. Микроструктура сварного соединения латуни ЛМиЖ55-3-1
6 = 24 мм (а) и бронзы Бр.АМц-9-2 6 == 16 мм (б), выполненных им-
пульсно-дуговой сваркой в аргоне. Проволока Бр.АМц-9-2, ch = 2 мм;
/св = ISO A; Ua = 23 В; частота следования импульсов 50 имп./с:
/ — основной металл; 2 — зона термического влияния; 3 — металл шва (X 114)
сварки газом. Металл толщиной более 12 мм необходимо подо-
гревать до 150—300° С. Химический состав металла шва при ис-
пользовании проволоки идентичного состава близок к сваривае-
мому. Швы плотные, без трещин. Структура металла шва состо-
ит из а- и p-фазы. Обнаружено некоторое измельчение металла
шва и рост зерен в околошовной зоне (рис. 43). Механические
112
свойства сварного соединения близки к свойствам основного
металла.
Кремнистые бронзы. Бронзы марки Бр.КМцЗ-1 успешно сва-
ривают в аргоне, гелии и азоте с использованием проволоки
Бр.КМцЗ-1 диаметром 0,8—4,0 мм. Сварку выполняют стацио-
нарной и импульсной дугой.
Оловянные бронзы. Сварка оловянных бронз сопряжена с
некоторыми трудностями вследствие склонности к образованию
трещин в околошовной зоне. Для предупреждения образования
трещин необходимо уменьшить протяженность околошовной
зоны или сделать ее более широкой, обеспечив плавное изме-
нение температур [14]. Сварку нежестких соединений толщиной
до 10 мм выполняют без подогрева. В этом случае необходимо
обеспечить минимальный разогрев деталей и минимальные
напряжения в соединении. Более толстый металл сваривают
с местным или общим подогревом до 300—350° С. Оловянные
бронзы сваривают в аргоне, гелии, азоте и без защиты газом.
Для сварки бронз, не содержащих свинец, рекомендуют прово-
локу из фосфористой бронзы с 4,5—7,5% Sn [88]. Для заварки
дефектов на бронзах, содержащих свинец, используют порош-
ковую проволоку близкого состава. Например, для бронзы
Бр.ОЦС6-6-3 используют проволоку ППБр.ОЦС6-6-3, а для
бронзы Бр.ОС 10-10 — проволоку ППБр.ОСЮ-10 [23].
Кремнистая и алюминиевая бронзы хорошо свариваются
с медью. Сварку ведут проволоками Бр.КМцЗ-З и Бр.АМц9-2
в аргоне, гелии или азоте. Для хорошего сплавления с медной
кромкой дугу направляют на медь, а при толщине меди более
5 мм соединение подогревают. Режимы сварки выбирают исходя
из толщины меди. Алюминиевые бронзы хорошо свариваются
также со сталью. Сварку выполняют проволокой Бр.АМц9-2
в аргоне. Режимы сварки выбирают такие же, как при сварке
бронз. Многослойные швы сваривают с полным остыванием
слоев.
Медно-никелевые сплавы. Сварка медно-никелевых сплавов
сопряжена с опасностью образования трещин и пор. Сварку
сплавов с содержанием до 5% Ni можно выполнять в аргоне,
гелии и азоте с использованием проволок сходного состава, до-
полнительно легированных раскислителями [1, 88]. Сплав
МНЖ5-1 сваривают проволокой МНЖКТ или проволокой, со-
держащей 5—6% Ni, марганец и титан [1]. Если проволока не
содержит раскислителей, то в металле шва образуются поры.
Сварку ведут без подогрева деталей. Режимы сварки выбирают
так же, как при сварке латуни.
Процесс сварки проволокой МНЖКТ в аргоне протекает
стабильно без разбрызгивания, а в азоте сопровождается повы-
шенным разбрызгиванием. При сварке проволоками МНЖКТ
диаметром до 1,4 мм швы плотные, без трещин. При больших
диаметрах электрода в кратерах возможны надрывы. Механи-
3 Заказ 1374 ЦЗ
ческие и коррозионные свойства шва и сварного соединения
достаточно высокие [1]. Для сварки сплава МНЖ5-1 с флан-
цами из латуни Л90 и арматурой из бронзы Бр.АМц9-2 исполь-
зуют проволоку МНЖКТ.
9. Сварка высоколегированных
сталей и сплавов [26, 43, 71,91J
Согласно ГОСТ 5632—61 высоколегированные стали разделяют
на нержавеющие и кислотостойкие, окалиностойкие и жаропроч-
ные сплавы и сплавы с высоким электрическим сопротивлением.
К нержавеющим сталям относят стали с содержанием
13—14% Сг (1X13, 2X13 и Др.); к кислотостойким относят хро-
мистые стали с содержанием 17—28% Сг и ряд хромоникелевых
сталей (Х17, Х25Т, 0Х17Т, 0Х18Н10Т, 0Х21Н6М2Т и др.).
Рис. 44. Микроструктура металла шва на стали XI8H10T толщиной
4,0 мм, выполненного в аргоне проволокой Св-06Х19Н9Т, d3 =
= 2 мм (Х250):
а — обычная сварка; б — импульсно-дуговая
В инертных газах рационально сваривать только ответствен-
ные конструкции из высоколегированных сталей и сплавов,
содержащих титан, алюминий, кремний и другие элементы,
обладающие высоким сродством к кислороду, к которым предъ-
являются повышенные требования по коррозионной стойкости
или недопустимо образование шлака на поверхности шва.
В инертных газах сваривают в основном аустенитные хромони-
келевые стали и сплавы. Эти материалы обладают малой тепло-
проводностью, высоким коэффициентом линейного расширения
и большим удельным электросопротивлением. В результате при
сварке наблюдается перегрев околошовной зоны и большие
коробления деталей.
Главной трудностью при сварке аустенитных сталей являет-
ся получение швов без трещин. Проволоки для сварки выбира-
114
Режимы сварки сталей типа 18-8 (постоянный ток, обратная полярность)
Расход газа, л/мин 10—12 7 э 12-16 12—16 о сч со 16—20 40—60 30-40 40-45 60-80
Вылет электрода, мм сч ГЧ I 12-16 12—16 16-20 16—20 10—16 t 8 $ 8 II 1 со со СО — СЧ —
Напряже- ние, В 18-20,5 8 1 :п 19-22 20-23 20-25 СО о сч со 1 1 сч еч сч 25—28 22-26 30-40
Сила сва- ро того тока. А 65—130 % 1 5 90—170 130—190 S I о СО 83 1 1 88 сч — 280 -400 350-550 280—450
Диаметр электрода, мм гч-оч ю о’ 1,2—1,6 0.8-1,0 е сч 1 со СО СО 77 сч о 1,6—2,0 3-4 1,6-2,0
Защитный газ Аргон А А А А » Гелий Аргон Гелий
Процесс сварки ИДС tri ИДС Стр. ИДС О. ь о* Стр.
Зазор а, мм т о + С 1Л о + О U С □ О о + О
Эскиз соединения *» © 7 Ча в -% » j 1 1 11гУ
т* 7 ^ВЖ
Катет шва, мм J с* 1 ео СО 1
Толщина металла В. мм с о СГ 1 3-4 00 1 ю 12-25
8*
115
ют исходя из состава материала, требований, предъявляемых к
св’арным соединениям, и жесткости конструкции. Для уменьше-
ния склонности к образованию трещин следует свести к мини-
муму попадание водорода в шов и напряжения, возникающие
при сварке. Аустенитные стали типа 18-8 рекомендуется свари-
вать проволоками, обеспечивающими получение металла шва с
аустенитно-ферритной структурой, менее склонного к образова-
нию трещин, чем чисто аустенитные швы. Подбор проволок про-
изводят так же, как и для сварки под флюсом [43}.
Стали Х18Н9Т, X18HI0T, Х17Н13М2Т, X17H13M3T успешно
сваривают в аргоне и гелии проволоками сходного состава
(табл. 26). Перед сваркой проволока и кромки должны быть
тщательно очищены от технологических смазок и других за-
грязнений. При сварке в нижнем положении со струйным пере-
носом металла для устранения узкого глубокого проплавления
рекомендуется сварку вести с небольшими поперечными колеба-
ниями электрода или в двух потоках газов погруженной дугой.
Для повышения коррозионной стойкости целесообразно обеспе-
чить максимальную скорость охлаждения шва. Многопроходные
швы выполняют с полным остыванием слоев, а шов, обращенный
к агрессивной среде, сваривают в последнюю очередь. Сварные
соединения, выполненные в аргоне и гелии проволоками соглас-
но данным, приведенным в табл. 26, обладают высокими меха-
ническими свойствами [26, 71, 91], стойки против межкристал-
литной коррозии непосредственно после сварки и после выдер-
жки при температуре 650°С в течение 2 ч. Импульсно-дуговая
сварка обеспечивает некоторое измельчение структуры шва
(рис. 44), высокую стойкость против образования трещин и
меньший перегрев околошовной зоны.
Сварка
в активных газах
10. Активные газы, их свойства и получение
Углекислый газ (двуокись углерода). В природе широко рас-
пространен углекислый газ. Его используют в пищевой про-
мышленности, для тушения пожаров, при сварке, в литейном
производстве. Углекислый газ бесцветный, со слабым запа-
хом, хорошо растворяется в воде и придает ей кислый вкус. При
0°С и 760 мм рт. ст. удельный вес углекислого газа равен у =
= 1,97686 • 10-3 кгс/л, плотность по отношению к воздуху состав-
ляет 1,524. Температура кипения — 78,9° С, температура затвер-
девания—56,6° С, критическая температура +31° С, критиче-
ское давление 75,0 кгс/см2.
Жидкая углекислота — бесцветная жидкость. При темпера-
туре ниже 4- 11°С она тяжелее воды, а выше + И °C — легче.
Удельный вес жидкой углекислоты значительно изменяется с
температурой, поэтому количество углекислоты определяют и
продают по массе. Растворимость воды в жидкой углекислоте
в интервале температур 5,8—22,9°С не более 0,05%. Углекисло-
та хорошо растворяет машинное масло.
Твердая двуокись углерода — «сухой» лед, по внешнему ви-
ду напоминает снег и лед. Удельный вес технического сухого
льда равен у = 1,4-10-3 кгс/л. Содержание углекислого газа, по-
лучаемого из брикета сухого льда, высокое — 99,93—99,99%;
содержание вдаги в пределах 0,06—0,13%. Сухой лед, находясь
на открытом воздухе, интенсивно испаряется, поэтому для хра-
нения и транспортировки его используют контейнеры емкостью
100—1500 кг. Потери сухого льда в этих контейнерах составля-
ют 3—9,54% в сутки. Получение углекислого газа из сухого
льда производится в специальных испарителях.
Жидкая углекислота превращается в газ при подводе к ней
тепла. При нормальных условиях (20°С и 760 мм рт. ст.) при
испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л газа. При
чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в балло-
не и недостаточном подводе тепла углекислота охлаждается,
скорость ее испарения снижается и при достижении тройной
117
точки (давлении 5,28 кгс/см2 и температуре —56,6°С) она пре-
вращается в сухой лед. При нагреве сухой лед непосредственно
превращается в углекислый газ, минуя жидкое состояние. Для
испарения сухого льда необходимо подвести значительно боль-
ше тепла, чем для испарения углекислоты; поэтому если в бал-
лоне образовался сухой лед, то испаряется он медленно. Для
получения швов высокого качества необходим углекислый газ
высокой чистоты. Поэтому при сварке используют только сва-
рочный углекислый газ или пищевой с дополнительной осушкой
(табл. 27).
Таблица 27
Состав углекислого газа по ГОСТ 8050—64
Сварочный Пище- Технн-
Показатели I сорт 11 сорт вой чески й
Содержание СО2(%) по объему (не ме- нее) Содержание СО (%) по объему (не бо- лее) Содержание воды в балоне (%) по мас- се (не более) Содержание водяных паров в газе при 760 мм рт. ст. и 4-20°С, г/м3(не бо- лее) 99,5 Нет Нет 0,178 99,0 Нет Нет 0,515 98,5 Нет 0,10 Не п ряе 98 0,05 0,10 рове- тся
Углекислота не должна содержать масел, кислот, органичес-
ких соединений, аммиака и моноэтаноламина.
Углекислый газ получают в промышленности несколькими
способами, из которых наиболее распространены следующие:
1. Из газов, образующихся при брожении спирта, пива, рас-
щепления жиров. Отходящий газ в этих случаях представляет
собой почти чистый углекислый газ и является дешевым побоч-
ным продуктом производства.
2. Из отходящих газов химических производств, в первую
очередь при производстве синтетического аммиака и метанола.
Отходящие — экспанзерные — газы содержат примерно 90% уг-
лекислого газа.
3. Из дымовых газов промышленных котельных, сжигающих
уголь, природный газ и другое топливо. Дымовой газ содержит
12—20% СО2.
Смесь углекислого газа с кислородом. Для сварки исполь-
зуют смеси из 60—80% СО2 и 20—40% О2. Смеси получают сме-
шиванием газов.
Смесь аргона с кислородом. Обычно смеси содержат 1 % или
5% О2. Смесь получают смешиванием аргона марки В по ГОСТ
10157—62 с кислородом или из неочищенного аргона. Готовые
118
смеси поставляются в баллонах при давлении 150 кгс/см2. Смесь
аргона с кислородом можно также транспортировать и хранить
в сжиженном состоянии.
Смесь аргона с углекислым газом и кислородом. Двойные
смеси состоят из 75—80% Аг и 20—25% СО2, а тройные — из
75% Аг, 20% СО2 и '5% О2. Смеси получают смешиванием ука-
занных газов.
11. Разновидности,особенности
и области применения
Сварка в углекислом газе
При сварке в углекислом газе в основном используют импульс-
но-дуговой процесс сварки с принудительными короткими за-
мыканиями и процесс с крупнокапельным переносом (табл. 28).
При сварке порошковыми проволоками может быть получен
процесс сварки с непрерывным горением дуги и переносом кап-
лями среднего размера, а при сварке активизированной прово-
локой — струйный процесс.
Таблица 28
Диапазоны сварочных токов основных процессов сварки в углекислом газе
(полярность обратная, проволока Св-08ГС н Св-08Г2С)
Процесс сварки Сила сварочного тока (А) при диаметре электрода, мм
0.5 0.8 1.0 1.2
К. 3 30—120 50-150 75—240 85-260
Кр 30—150 50-180 75—260 85—290
Кр. без коротких замыка- ний 100-250 150-300 160-450 190-550
Процесс сварки Сила сварочного тока (А) при диаметре электрода, мм
1.4 1.6 2.0 3.0 4.0
К. 3 90—280 110—290 120—300 — —
Кр 90—320 110—380 150—400 220—500 250-600
Кр без коротких замыка- ний 200—650 210—800 220—1200 250-2000 270 -2500
Импульсно-дуговой процесс с принудительными короткими
замыканиями. При сварке тонкими проволоками в углекислом
газе на низких напряжениях этот процесс легко реализуется пу-
тем изменения мощности процесса (напряжения и тока), обеспе-
119
чивающей управление скоростью плавления электрода, и давле-
ния дуги. Характерные осциллограммы напряжения и тока
приведены на рис. 45
Весь процесс можно разделить на ряд подобных циклов, на
протяжении которых наблюдаются все характерные явления
(рис. 46). Эти явления можно представить следующим образом.
Рис. 45. Осциллограммы напряжения и тока при импульсно-дуго-
вой сварке в углекислом газе с принудительными короткими замыкания-
ми. Проволока Св-08ГС, d3 = 0,8 мм, полярность обратная, вылет 10 мм
Теплота, выделяемая дугой после ее зажигания, интенсивно рас-
плавляет электродную проволоку, непрерывно подаваемую к де-
тали, и деталь. На конце электрода образуется капля расплав-
ленного электродного металла, а на свариваемой детали — ван-
на жидкого металла. Длина дуги быстро увеличивается в ре-
зультате оплавления электрода и погружения дуги в ванну. По
мере уменьшения тока скорость расплавления проволоки и дав-
ление дуги уменьшаются. В результате капля электродного ме-
120
талла и ванночка приближаются друг к другу и замыкают раз-
рядный промежуток. Дуга гаснет, напряжение резко уменьша-
ется, а сила тока в цепи возрастает. С увеличением тока усилие
пинч-эффекта возрастает, приводит к образованию шейки между
электродом и каплей и ускорению перехода капли в ванну. Уто-
ненная шейка перегревается проходящим током и перегорает со
взрывом. Напряжение резко возрастает, и зажигается дуга. Пос-
ле этого все явления повторяются.
Рис. 46. Схема изменения напряжения и силы тока на протяжении
одного цикла при импульсно-дуговой сварке в углекислом Газе с при-
нудительными короткими замыканиями и характерные фотографии
разрядного промежутка:
1Н, <с— длительности нарастания и спада напряжения
Рассмотренный характер течения процесса сварки при посто-
янной скорости подачи проволоки задается выбором программы
изменения мгновенной мощности, что достигается путем ведения
процесса с короткими замыканиями и наличия в сварочной цепи
индуктивности. При коротком замыкании разрядного промежут-
ка каплей сила тока в цепи увеличивается и электрическая энер-
гия накапливается в индуктивности в виде энергии магнитного
поля. После зажигания дуги эта энергия в виде противо-э.д.с.
налагается на дугу и задает определенный характер снижению
силы тока и мощности дуги и длительность образования следу-
ющего короткого замыкания.
121
Основными параметрами данного процесса являются: сред-
нее напряжение процесса сварки (/св; средняя сила тока процес-
са сварки /св, среднее напряжение дуги (7Д; максимальная сила
тока /тах; минимальная сила тока /Ш1П; длительность горения ду-
ги /д; длительность короткого замыкания /к,3; длительность цик-
ла Т = /д + /кз; скорость нарастания силы тока при коротком
. Д,кз
замыкании разрядного промежутка каплей и скорость
спада силы тока при горении дуги ^с. Помимо этого, процесс
сварки характеризуется полярностью тока, скоростью подачи
проволоки, скоростью сварки и другими параметрами.
Напряжение дуги оказывает большое влияние на характер
течения процесса сварки (см. рис. 45,а). С повышением напря-
жения увеличивается длительность горения дуги и всего цикла,
а частота коротких замыканий уменьшается, увеличиваются диа-
метр капель на электроде, длительность их пребывания
в зоне дуги, потери на окисление и разбрызгивание. Форма шва
с повышением напряжения несколько улучшается. При очень
высоких напряжениях процесс переходит в крупнока-
пельный.
С увеличением силы тока (см. рис. 45,6) длительность го-
рения дуга и всего цикла уменьшается, частота коротких замы-
каний увеличивается. Диаметр капель на электроде и потери
на разбрызгивание уменьшаются. С увеличением силы тока
возрастают давление дуги и погружение ее в ванночку. Для
получения стабильного процесса с увеличением силы тока не-
обходимо повышать напряжение. При определенных значениях
силы тока и напряжения процесс переходит в крупнокапель-
ный.
Изменение полярности тока на прямую не вызывает
принципиального изменения характера течения процесса. Одна-
ко значительно повышается скорость плавления электрода,
уменьшаются сила тока и частота коротких замыканий, а диа-
метр капель увеличивается. С увеличением диаметра электрода
увеличивается длительность периодов горения дуги и коротких
замыканий, а частота коротких замыканий уменьшается.
Состав проволоки отражается на процессе сварки в случаях,
когда он приводит к изменению характеристик дугового разря-
да, поверхностного натяжения или удельного электрического
сопротивления проволоки. С увеличением вылета электрода
увеличиваются длина дуги, длительность периодов горения ду-
ги и диаметр капель. При значительном увеличении вылета
возможно периодическое нарушение процесса.
Характер течения процесса с частыми короткими замыка-
ниями в большой степени зависит от скорости нарастания
Л, 3 в цепи (табл. 29).
122
Таблица 29
к.э
Влияние скорости нарастания силы тока короткого замыкания
на процесс сварки
a Р'1
в сварочной цепи I —
х Дг
Д^К.З М кА/с Диаметр элек- трода, мм Число коротких замыканий в секунду Длительность. С Сила тока, А
цикла Т горения дуги 'л короткого замыкания ^к.з макси- мальная ^тах мини- мальная ^min
700 0,8 110 0,0091 0,0081 0,0010 450 45
200 100 0,010 0,0085 0,0015 340 50
100 90 0,0110 0,0090 0,0020 300 52
50 80 0,0125 0,0097 0,0028 270 55
100 2,0 12 0,0830 0,0780 0,0050 800 170
45 11 0,090 0,0840 0,0060 480 190
15 9,5 0,1050 0,0960 0,0090 330 230
Примечание. Постоянный ток, обратная полярность. исв=25 м ч, расход СО,= 12 л’мин; при 4э=0,8 мм оп-252 мч, /св“100А, L'CB”20 В; при d3-2,0 мм vn-I56 ы/ч, /св-28О А, Ссв = 28 В.
При больших скоростях нарастания /кз ( —— > 200 -+•
\ Д/
4- 300 кА/с для проволок диаметром 0,5—1,2 мм) процесс
стабилен, но сопровождается повышенным разбрызгиванием.
При малых /кз(——< 40 кА/с для проволок диаметром
\ д/
0,5—1,2 мм) процесс протекает с редкими короткими замы-
каниями, импульсный характер изменения силы тока выражен
слабо, и на низких напряжениях процесс протекает нестабиль-
Д/к 3
но. При средних оптимальных —процесс протекает ста-
бильно и отличается небольшим разбрызгиванием (см. рис. 24
и 25). С увеличением диаметра электродной проволоки опти-
мальные значения —— уменьшаются.
При питании от источников, содержащих индуктивность
Д/
в сварочной цепи и имеющих —— «70-4- 180 кА/с, изменение
д<
наклона внешней характеристики в пределах от +0,04 до
—0,08 В/A не меняет характера и стабильности течения про-
цесса сварки проволоками диаметром 0,5—1,4 мм. С увеличе-
на
нием угла наклона внешней характеристики в этих пределах
несколько увеличивается внешняя составляющая длина дуги,
уменьшается число коротких замыканий и улучшается форми-
рование шва. При увеличении наклона более —0,08 В/A слу-
чайные нарушения вылета электрода или скорости подачи
приводят к значительным изменениям длины дуги и напряжения,
а также к увеличению разбрызгивания. Рост внешней харак-
теристики более +0,04 В/А затрудняет восстановление стабиль-
ного процесса при случайных нарушениях.
Процесс с крупнокапельным переносом. Такой процесс на-
блюдается при сварке проволоками диаметром 0,5—1,5 мм на
повышенных напряжениях, а диаметром более 1,6 мм во всем
диапазоне режимов сварки кремнемарганцевыми проволоками
(см. табл. 28). Вследствие высокой концентрации энергии и
большого давления дуги в углекислом газе капля на конце
электрода оттесняется дугой от ванны и смещается с оси элек-
трода. В результате она может вырасти до больших размеров,
0

250 А 52В
250А 26В
Рис. 47. Осциллограммы напряжения и силы тока (а) и внешний вид раз
с крупнокапельным переносом.
124
превышающих длину дуги *(рис. 47). При малой длине дуги на
низких напряжениях процесс протекает с короткими замыка-
ниями. С повышением напряжения число коротких замыканий
32ВЧ50А
рядного промежутка (б) при снарке в углекислом газе
Полярность обратная, d3 = 2 мм, проволока Св-08Г2С
125
уменьшается, а диаметр капель увеличивается. При высоких
напряжениях процесс протекает без коротких замыканий.
Процесс с крупнопанельным переносом сопровождается
повышенным разбрызгиванием. С увеличением силы тока уве-
личивается погружение дуги в ванну, уменьшается длина дуги
и разбрызгивание (см. рис. 19). С увеличением диаметра элек-
трода наблюдается уменьшение числа коротких замыканий.
Рис. 48. Осциллограммы напряжения и силы тока при свар-
ке в углекислом газе проволокой <£» = 2 мм (а) и измене-
ние мгновенной мощности процесса за один цикл (б) при
различных скоростях нарастания тока короткого замыкания
А/ К. 3
—----. Проволока Св-08Г2С, полярность обратная
А/
Предварительный подогрев электрода приводит к ускорению его
плавления, уменьшению погружения дуги в ванну, увеличению
диаметра капель и времени пребывания их на электроде.
Большое влияние на течение процесса с короткими замыка-
, / Д/К 3 \
ниями оказывает скорость нарастания /к.э (—— При
Д/кз
высоких ---- процесс с короткими замыканиями сопровождает-
ся значительными изменениями силы тока и мгновенной мощ-
ности (рис. 48). С увеличением диаметра электрода эти измене-
ния возрастают. В результате значительного изменения
давления дуги и сильных взрывов при перегорании шейки меж-
ду каплей и электродом ухудшается формирование шва и уве-
личивается разбрызгивание.
126
Для уменьшения разбрызгивания и улучшения формирова-
ния шва при сварке проволоками диаметром 1,6 мм и более
с короткими замыканиями рекомендуется уменьшить величину
, Л/кз
/к„з, что может быть осуществлено путем снижения ----- или
д/
Д/к 3
ограничения величины /к.3- Однако снижение —— рацио-
нально только до определенного предела. При чрезмерно малых
А/кз
величинах —- затрудняется установление процесса и сни-
д/
. ~ Л/к 3
жается его стабильность. Оптимальные значения —- для
д/
сварки в углекислом газе приведены на рис. 63.
л Л/кз
При ведении процесса без коротких замыканий —- не
имеет решающего значения на характер течения процесса, но
газе проволокой различных диаметров. Полярность обратная, нижнее
положение
ограничение —— в пределах 40—80 кА/с улучшает форми-
St
рование шва. Для получения стабильного процесса с хорошим
формированием и небольшим разбрызгиванием необходимо
строго соблюдать определенные соотношения между силой тока
и напряжением (рис. 49). В противном случае процесс сопро-
вождается повышенным разбрызгиванием
Для повышения производительности и уменьшения разбрыз-
гивания целесообразно вести процесс сварки с погружением
дуги в ванну (табл. 30). При полном погружении дуги сни-
жается излучение и разбрызгивание уменьшается до 2—4%.
Однако усиление шва велико и возможны краевые несплавле-
ния. Для получения хорошего формирования и небольшого раз-
брызгивания наилучшим является режим, при котором внешняя
составляющая дуги равна 2—3 мм.
Струйный процесс в углекислом газе. Струйный процесс
можно получить только при использовании проволок, активи-
рованных цезием, рубидием, калием, натрием, барием и неко-
127
Таблица 30
Диапазоны силы тока, в пределах которых наблюдается процесс сварки
в углекислом газе погруженной дугой
(полярность обратная, проволока Св*08Г2С) [22, 100]
Диаметр электрода, мм Сила свароч- ного тока, А Ориентиро- вочная ско- рость подачи электрода, м/ч Диаметр электрода, мм Сила свароч- ного тока, А Ориентиро- вочная ско- рость подачи электрода, м/ч
0,8 180—300 610—2500 2,0 400 г-1100 320—860
1,0 260-450 900—1750 2,4 450—1300* 190—775
1,2 290-550 610—1500 3,0 500—1500* 180-750
1,4 320-650 580-1450 4,0 600—2000* 90-275
1,6 350—800 350—1000
* Верхние пределы силы тока указаны ориентировочно.
торыми другими элементами. Сварку ведут на прямой поляр-
ности. Процесс во многом подобен сварке в аргоне, но проте-
кает в узком диапазоне силы тока. При использовании порош-
Рис. 50. Осциллограмма на-
пряжения и силы тока и
внешний вид разрядного
промежутка при сварке в
СО2 порошковой проволо-
кой марки ППАН-8, d3 —
3,0 мм. Полярность об-
ратная. /с» = 350 А, =
= 30 В
ковых проволок карбонатного типа сварка сопровождается
крупнокапельным переносом. Процесс сварки во многом
подобен сварке проволокой Св-08Г2С сплошного сечения. При
использовании порошковых проволок рутилового типа может
быть получен процесс сварки с непрерывным горением дуги и
переносом каплями среднего размера (рис. 50), сопровождаю-
щийся небольшим разбрызгиванием и хорошим формированием
шва.
128
Сварка в смеси углекислого газа с кислородом [102]
Используемые смеси содержат обычно 20—40% О2. При
сварке могут быть получены процесс с крупнокапельным пере-
носом и импульсно-дуговой с частыми короткими замыканиями.
Добавление кислорода к углекислому газу незначительно изме-
няет характер течения процесса. Процесс в основном отличается
более высоким окислительным потенциалом защитной среды и
более высокой температурой жидкого металла. Для сварки ис-
пользуют проволоки с повышенным содержанием раскислите-
лей. Формирование шва несколько лучше, чем при сварке в чис-
том углекислом газе, но поверхность покрыта большим количе-
ством шлака.
Сварка в аргоне с кислородом
Наиболее часто используют аргон с добавлением 1—2% или
3—5% О2. В обоих случаях могут быть получены те же процессы
сварки, что и в чистом аргоне (табл. 31). Процесс с крупнока-
пельным переносом во многом подобен сварке в аргоне.
Основные закономерности струйного процесса сварки в смеси
Аг + О2 такие же, как и при сварке в чистом аргоне. При
сварке в смеси наблюдается некоторое уменьшение тока и
диаметра капель и увеличение разбрызгивания. На больших
токах наблюдается также узкое проплавление. С увеличением
вылета электрода и его подогрева уменьшается как величина
/ир, так и максимальная сила тока устойчивого течения струй-
ного процесса; увеличивается скорость расплавления электрода
и уменьшается величина узкого проплавления. Процесс, сварки
на прямой полярности отличается очень большим излучением,
скорость расплавления проволоки повышается в 1,6 раза; кри-
тическая сила тока больше, чем на обратной полярности, а мак-
симальная сила тока стабильного процесса меньше.
Импульсно-дуговой процесс во многом подобен сварке
в аргоне. Однако величина импульса, сбрасывающего каплю
с электрода, несколько меньше. Формирование швов на углеро-
дистых и нержавеющих сталях лучше. На поверхности шва
имеется небольшое количество шлака. С увеличением силы тока
появляется участок с узким глубоким проплавлением. Повыше-
ние частоты импульсов увеличивает глубину провара.
Сварка в смеси аргона с углекислым газом
На производстве применяют смеси аргона, содержащие
20—25% СО2 или 50% СО2, а также смесь аргона с 20% СО2 и
5% О2 [52, 71, 85]. При содержании в смеси до 15% СО2 могут
быть получены те же процессы, что и в чистом аргоне. С увели-
чением содержания углекислого газа повышается напряжение
9 Заказ 1374 129
Таблица 31
Диапазоны сварочных токов при сварке в смеси Аг4-5% О2
(полярность обратная)
Процесс сварки Материал электрода Сила сварочного тока (А) при диаметре электрода, мм
0.8 1.0 1.2
Кр. Нержавеющая сталь Х18Н9Т 50—140 60—170 75—180
Св-08Г2С 60—145 70—175 90—190
Струйный Нержавеющая сталь Х18Н9Т 145—190 170—240 180-300
Св-08Г2С 145—260 175—320 190-320
‘ ИДС Нержавеющая сталь Х18Н9Т 40—150 50-175 60—200
Св-08Г2С 45—160 60—200 75-210
Процесс сварки Материал электрода Сила сварочного тока (А) при диаметре электрода, мм
1.6 2.0 3,0 4.0
Кр. Нержавеющая сталь Х18Н9Т 90—230 110—280 160-330 180—380
Св-08Г2С 100-250 130—270 175—360 200 —400
Струйный Нержавеющая сталь Х18Н9Т 230—430 280- 530 330—600 380-700
Св-08Г2С 250—450 270-530 360-600 400-700
ИДС Нержавеющая сталь Х18Н9Т 70—250 100—300 150-350 180-390
Св-08Г2С 110—300 140-320 160-400 190—420
дуги и уменьшается ее длина. При содержании в смеси более
25% СО2 процессы сварки становятся близкими к процессам
сварки в чистом углекислом газе. Однако только при содержа-
нии около 50% СОг форма провара становится похожей на
форму провара в чистом углекислом газе. Сварка в смеси
аргона с 20—25% СОг или с 20% СОг и 5% Ог обеспечивает луч-
шее формирование шва и меньшее разбрызгивание, чем сварка
в углекислом газе, а по сравнению со сваркой в аргоне получает-
130
ся лучше форма провара и меньшее излучение дуги; кроме того
в широком диапазоне силы тока можно получить процесс
с частыми короткими замыканиями (табл. 32).
Таблица 32
Диапазоны сварочных токов основных процессов сварки в смеси
Ar 4“ (20-25) % СО2 (полярность обратная, проволока Св-О8ГС и Св-08Г2С)
Процесс сварки Сила сварочного тока (А) при диаметре электрода, мм
0.8 1.2 1.6 2.0
Кр. И К. 3 Струйный ИДС 70—220 220-280 50-160 100—330 380—400 85—225 140—440 440—500 160—520 520—600
Импульсно-дуговой процесс с частыми короткими замыка-
ниями наблюдается только при сварке тонкими проволоками на
низких напряжениях. Характер процесса и основные закономер-
ности близки к процессу в чистом углекислом газе. Однако
формирование шва лучше, а разбрызгивание меньше. Процесс
протекает стабильно во всех пространственных положениях.
При сварке на повышенных напряжениях, а также при исполь-
зовании проволоки диаметром более 1,6 мм процесс протекает
с крупнокапельным переносом. Характеристики этого процесса
также во многом подобны характеристикам сварки в углекис-
лом газе, однако размер капель несколько меньше, а частота
их перехода больше. Формирование шва также несколько
лучше. Рациональные области применения основных видов про-
цессов сварки в активных газах сведены в табл. 33.
12. Некоторые тепловые
и металлургические особенности
Характер выделения теплоты при сварке в активных газах во
многом подобен характеру выделения теплоты при сварке
в инертных газах и определяется главным образом видом про-
цесса и родом защитного газа. При сварке в смесях Аг 4- Ог,
Ar + СО2, Аг 4- Ог 4- СО2, СО2 4- О2 и СО2 стационарной дугой
мгновенная мощность процесса не изменяется во времени. При
импульсно-дуговой сварке в смесях Аг 4- Ог, Аг 4- СО2 (до
15%) и Аг 4- О2 4- СО2 (до 15%) мгновенная мощность изме-
няется так же, как и при сварке в чистом аргоне. Характер
изменения мгновенной мощности при сварке в углекислом газе
и смесях Аг 4- более 25% СО2, Аг 4- Ог 4- более 20% СОг
тонкими проволоками на режимах с частыми короткими замыка-
ниями показан на рис. 51.
Установлено, что основная доля энергии процесса выделяет-
ся в периоды горения дуги. Характер изменения мгновенной
о* 131
Таблица 33
Рациональные области применения сварки в активных газах
Защитный газ Процесс сварки /Диаметр электрода, мм Свариваемые материалы Толщина, мм Вид сварки Положение сварки Примечание
Углекислый газ и смесь СО2+О2 К.З. 0.5-1.4 Углеродистые, легированные конструкцион- ные, нержавею- щие и некоторые аустенитные стали 0,5—5 Полуавтомати- ческая и авто- матическая сварка и на- плавка Все положения Вертикально свер- ху вниз
0.5—1,4 6-50 Вертикальное, по- толочное Вертикально снизу вверх
Кр. 1,6-4,0 То же 4—10 То же Нижнее —
Смесь Лг-НЗ—5)% О2* Струйный 0,7—1,2 Углеродистые, конструкцион- ные. нержавею- щие и высоко- легированные стали 1—4 Полуавтома- тическая и автоматиче- ская сварка Все положения Вертикально сверху вниз
0,7-1,2 5—50 Вертикальное, по- толочное Вертикально снизу вверх
1,6-4,0 5—50 Нижнее То же
Продолжение табл. 33
Защитный газ Процесс сварки Диаметр электрода, мм Свариваемые материалы Толщина, мм Вид сварки Положение сварки Примечание
Смесь Аг+(3—5)% О2* ИДС 0,7—2,0 Углеродистые конструкцион- ные, нержавею- щие и высоко- легированные стали 1—5 Полуавтомати- ческая и авто- матическая сварка и на- плавка Все положении Вертикально сверху вниз
1,2-2,5 6-50 Вертикальное по- толочное Вертикально снизу вверх
1,6-5,0 3-50 Нижнее —
А г 4-(20—25)% СО2 и Аг-|-20% СО2Ч- 4-5% О2 • Смесь Ar+(t — сталей. К.з. 0,5—1,2 То же 0,8—5 То же Все положения Вертикально сверху вниз
0.7—1,2 6-50 Вертикальное и потолочное Вертикально снизу вверх
Кр. 1,6—4,0 » 3—50 Полуавтомати- ческая и авто- матическая сварка Нижнее —
Струйный 0,8—5,0 » 2-50 » —
ИДС 3)% О, рекоме 0,8-1,6 » 1-5 Полуавтомати- ческая и авто- матическая сварка и на- плавка но только для свар Все положения Вертикально сверху вниз
0,8—1,6 » 6—50 Вертикальное и потолочное. Нижнее кк нержавеющих и bi Вертикально снизу вверх ясоколегнро ванных
1,6^—5,0 ндуется пр вменять в тех же 6-50 случаях.
^гвт^
О 0,005 0,010 0,015
0,020
~0fl25
0,050
тп
0,055 t,C
8)
Рис 5I. Зависимость изменения мгновенной мощности на протяжении цикла
при импульсно-дуговой сварке с принудительными короткими замыканиями
в СО2 от напряжения (а) и скорости нарастания /„.» (б). Проволока
Св-08ГС, d9 = 0,8 мм, полярность обратная
134
мощности процесса и соотношение между долями энергии, выде-
ляющимися при горении дуги и при коротком замыкании, зави-
сят в первую очередь от скорости нарастания /к.э и напряжения
дуги. Мгновенная мощность дуги максимальна непосредственно
после короткого замыкания; затем она уменьшается до опреде-
ленного значения, зависящего от скорости нарастания 7КЭ и ре-
жима сварки. Распределение энергии дуги между электродом
диаметром 5,0 мм и изделием в период между двумя сбросами
капель показано на рис. 30.
Основные закономерности распределения энергии при сварке
в инертных газах, описанные выше, сохраняются и при сварке
в углекислом газе с частыми короткими замыканиями. Как
Рис. 52. Влияние напря-
жения и силы тока на
эффективный к. п. д. про-
цесса при сварке в угле-
кислом газе проволокой
Св-08Г2С. Полярность
обратная, vCB = 13,2 м/ч,
вылет электрода 20 мм,
расход СО2 15 л/мии
отмечено выше, энергия при сварке в углекислом газе исполь-
зуется более эффективно, чем при сварке в аргоне. Это можно
объяснить меньшими размерами дуги и большей концентрацией
ее энергии.
Эффективная тепловая мощность дуги, введенная в изделие,
qn и эффективным к. п. д. дуги Ци при сварке в углекислом газе
зависят от режима сварки, диаметра электрода и скорости
нарастания /к.я (рис. 52). С увеличением силы тока q* и т]и
возрастают. Это обусловлено уменьшением длины дуги, увели-
чением ее погружения в ванну, уменьшением потерь энергии на
излучение и с брызгами, а также повышением концентрации
энергии дуги. При повышении напряжения дуги первоначально
и т]и растут, а затем уменьшаются. Первоначальное повы-
шение <7и и т)и» по-видимому, объясняется тем, что с повыше-
нием напряжения мощность дуги возрастает больше, чем потери,
а последующее уменьшение обусловлено значительным увеличе-
нием потерь энергии. С уменьшением диаметра электрода на-
блюдается увеличение qa и т|и, что обусловлено уменьшением
135
у, CM 2 0 ~2 у, см
У
Рис. 53. Температурные
поля при сварке сталей
09Г2 и 10ХСНД, д =
— 0,8 см в СО2 (а) и
ручной дуговой (б). По-
лярность обратная, в
расчетах принято:
при сварке в СО.. /с » 220 Л,
ОС8-23 * 25 В. »св-
— 0,417 см/с; при ручной
_ дуговой сварке / = 180 А,
wl/CB-25B. vCB- 0,27» см/с
6)
размеров дуги. С повышением скорости сварки до 70 м/ч на-
блюдается увеличение <уи и т)и, что обусловлено, по-видимому,
уменьшением толщины жидкого металла под дугой. Влияние
угла раскрытия кромок связано с изменением расположения
дуги относительно кромок детали и изменением величины по-
терь на излучение.
Значения qK и т]и и характер их изменения при сварке в сме-
сях Аг 4-О2 и Аг 4- СО2 (до 15%) близки к сварке в чистом
аргоне (см. гл. 2). При увеличении содержания в аргоне более
20% СО2 энергетические характеристики дуг приближаются
к таковым при сварке в чистом углекислом газе. По-видимому,
это обусловлено повышением напряжения дуги и уменьшением
ее размеров.
При сварке в смеси СО2 4- О2 тепловые характеристики дуги
возрастают [102], что объясняют отчасти повышением доли теп-
лоты, выделяющейся в результате химических реакций, и не-
которым повышением напряжения дуги.
Нагрев изделия при сварке в углекислом газе и в смеси
Аг 4- более 25% СО2 характеризуется малыми размерами пятна
нагрева, высокой концентрацией теплового потока и дополни-
тельным охлаждением поверхности изделия потоком защитного
газа.
Распространение теплоты в изделии в этом случае можно
определить на основе общей теории распространения теплоты,
разработанной Н. Н. Рыкалиным [71]. Температурные поля при
сварке в углекислом газе, построенные по данным расчетов,
приведены на рис. 53 Сопоставление температурных полей,
выполненное по площадям S, ограниченным изотермами одина-
ковых температур, и максимальной ширине этих площадей z/max.
показывает, что с уменьшением диаметра электрода наблюдается
сужение температурных полей, снижение максимальных темпе-
ратур нагрева Ттах и уменьшение скорости нагрева. Это может
быть объяснено уменьшением размеров дуги и активных пятен.
Сужение температурных полей при сварке в углекислом газе
наблюдается также по сравнению с температурными полями
при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом. В первом слу-
чае это вызвано уменьшением размеров дуги и повышением
концентрации энергии в ней, а во втором — заменой расплавлен-
ного шлака струей углекислого газа.
Переход от средних режимов к форсированным, сопровож-
дающийся уменьшением погонной энергии, приводит к увели-
чению S в результате увеличения мощности дуги и уменьшению
Утах- Повышение скорости сварки с одновременным увеличени-
ем мощности дуги увеличивает длину изотерм и градиент тем-
ператур перед дугой и уменьшает утах- При сварке проволокой
1 Режимы ручной дуговой сварки и сварки под флюсом, принятые для
сравнения, выбраны исходя из условия получения равновеликих швов.
138
диаметром 2,0 мм при переходе на форсированные режимы
с увеличением погонной энергии наблюдается рост S и i/max-
С увеличением толщины металла наблюдается обычно умень-
шение S и утах- При сварке в углекислом газе на форсирован-
ных режимах S и утах меньше, а глубина провара и производи-
тельность выше, чем при сварке
под флюсом.
Как указывалось, большин-
ство используемых активных га-
зов содержит в зоне дуги кисло-
род. Источником кислорода яв-
ляется примесь кислорода в газе
или диссоциация углекислого га-
за при высокой температуре дуги:
CO2Z±CO4--|-O2. (39)
Состав газа определяется его
температурой (см. рис. 33). Тем-
пература газа и различных участ-
ков расплавленного металла
разная.
Температура капли зависит от
рода защитного газа, вида пере-
носа и режима сварки. Можно по-
лагать, что при сварке в аргоне с
кислородом (до 5%) температу-
ра капель примерно такая же,
как при сварке в чистом аргоне.
Температура капель при сварке
в углекислом газе значительно
ниже, чем при сварке в аргоне
(рис. 54).
С увеличением тока темпера-
тура капель повышается. Пере-
ход на прямую полярность и
Рис. 54. Теплосодержание и
средняя температура капель
при сварке в углекислом газе
проволокой Св-08Г2С:
/ — полярность обоатная; 2 — по-
лярность прямая [64]
уменьшение диаметра электрода
приводит к снижению температуры капель. Предварительный
подогрев электрода также снижает температуру капель. Темпе-
ратура ванны при сварке в активных газах, по-видимому, близка
к температуре ванны при сварке под флюсом (1770 ± 100° С
при сварке низкоуглеродистой стали) [120, 46, 71].
Взаимодействие расплавленного металла с кислородом за-
висит от состава металла, сродства отдельных элементов к кис-
лороду и температуры металла [47]. При сварке обычных
углеродистых сталей могут протекать следующие реакции:
Беж -|- Ora, = FeO •
/г* • 1 <1-э '
(40)
139
Si* 4- 2Огаз = SiO2*; (41)
Мп* 4” С)газ= МпО*, (42)
О* 4" Огаз СОгаз, (43)
FeO* 4- С* = Fe* 4- СОГ83; (44)
2FeO* 4- Si* = 2Fe* 4- SiO2*; (45)
FeO* 4- Mn* = Fe* 4- MnO*; (46)
CO2rai 4- Me?- MeO* 4- C0ra3; (47)
CO2ra3 4- 2H *2 COra3 4- H2Ora3; (48)
CO2ra3 4-H 72 CO 4-OH; (49)
Ora3 4-2H 72 H2O; (50)
О 4-НГ2ОН; (51)
FeO 4- 2H 7? H2O 4- Fe; (52)
2FeO 4-FeS??SO24-3Fe; (53)
2H 4-S??H2S; (54)
N24-O2?-2NO; (55)
N2 4- 2CO2 72 CO 4- 2NO. (56)
Реакции (40), (43), (47), (56) протекают при высоких темпе-
ратурах в капле и ванне вблизи дуги, реакции (44) — (46) — в
ванне вдали от дуги. Интенсивность протекания реакции (44)
зависит от содержания в металле элементов — раскислителей
[20, 46]. При достаточном количестве раскислителей эта реак-
ция может быть полностью подавлена. Присутствие в зоне
сварки кислорода и углекислого газа приводит к интенсивному
окислению водорода, образованию гидроксила и паров воды,
не растворимых в жидком металле [реакции (48), (52)]. В ре-
зультате снижается парциальное давление водорода над жид-
ким металлом и содержание его в металле шва. В зоне дуги
протекают реакции окисления азота с образованием не рас-
творимого в металле окисла азота.
При сварке в активных газах коэффициенты усвоения эле-
ментов из проволоки цп значительно меньше, чем коэффициенты
усвоения элементов из основного металла ц0 (табл. 34). При
сварке в смесях аргона с кислородом окислительная способность
повышается с увеличением содержания кислорода в газе [46, 52,
85, 108]. Окислительная способность углекислого газа примерно
в 2 раза больше, чем смеси Аг 4- 5% О2, и эквивалентна окисли-
тельной способности смесей Аг 4- 22,4% Ог при переходе элемен-
тов из проволоки и Аг + 7,2% О2 при переходе элементов из
сварочной ванны.
140
Таблица 3-1
Коэффициенты усвоения элементов
при сварке в углекислом газе
(d,= 2 мм, полярность обратная) [46]
Сталь Про- волока Эле- мент в
О
С 0,51 0,86 0,71
СтЗ о Мп 0,35 0,85 0,55
а и Si 0,23 0,73 0,37
<<
и С 0,55 0,92 0,70
ЗОХГСА X 00 Мп Si 0,64 0,69 0,93 0,97 0,80 0,81
CQ Сг 0,89 0,97 0,94
о
f-
х С 0,92 1.0 0,96
Мп 0,60 1,0 0,78
Х18Н9Т Si 0,73 0,81 0,78
8 Сг 0,89 0,98 0,94
S3 Ti 0,20 0,78 0,42
О
Таблица 35
Химический состав проволок
и металла наплавки при сварке
в углекислом газе (полярность
обратная) [21,58]
Исследуе-
мый
объект
Прово-
лока
00.8 мм
Шов
»
»
Прово-
лока
02 мм
Шов
»
»
95
95
95
140
300
300
400
17
20
24
20
28
35
42
Состав, %
С Мп Si
0,11
0,10
0,09
0,07
0,10
1,1
0,68
0,58
0,41
0,72
0,98
0,63
0,52
0,38
0,63
0,11
0,09
0,08
0,09
1,09
0,68
0,34
0,59
0,47
0,28
0,10
0,19
Опытным путем установлено, что переход элементов в шов
существенно зависит от режима сварки (табл. 35).
Режим сварки оказывает влияние на интенсивность метал-
лургических реакций и на доли электродного и основного ме-
талла в металле шва. Напряжение дуги в наибольшей степени
влияет на интенсивность металлургических реакций, а сила
тока, полярность и диаметр электрода влияют на интенсивность
металлургических реакций и на доли основного и электродного
металлов в металле шва. Остальные параметры режима сварки
влияют на изменение долей основного и электродного металлов
в металле шва.
С повышением напряжения и уменьшением тока потери
углерода, кремния и марганца увеличиваются. Влияние напря-
жения и тока наиболее резко проявляется при сварке тонкими
электродными проволоками. Изменение окисления элементов в
данном случае связано с изменением длительности и удельной
поверхности взаимодействия капель на электроде. При сварке
с частыми короткими замыканиями, с повышением напряжения
и уменьшением силы тока увеличивается не только длительность
взаимодействия капли с газом, но и удельная поверхность капли.
В этих случаях крупная капля при своем росте проходит все те
же стадии взаимодействия, что и мелкая, поэтому суммарная
удельная поверхность взаимодействия растет с увеличением
диаметра капли.
141
13. Режимы и техника сварки
Основные параметры режима сварки в активных газах и их
влияние на процесс сварки практически те же, что и при сварке
в инертных газах. Сварку в активных газах выполняют на по-
стоянном токе. Сила тока также зависит от диаметра и состава
электрода и скорости подачи электродной проволоки, полярно-
сти, вылета электрода и состава газа (рис. 55). Силу тока регу-
лируют путем изменения скорости подачи проволоки, подогрева
проволоки на вылете и изменения напряжения дуги. Стабильный
процесс сварки с хорошими технологическими свойствами мож-
Рис. 55. Зависимость силы сварочного тока от скоро-
сти подачи электродной проволоки Св-08Г2С при
сварке в углекислом газе (а) и в смеси Лг + О2 (6)
[108] на обратной полярности
но получить только в определенном диапазоне токов, который
зависит от диаметра электрода.
Сила тока является одним из основных факторов, опреде-
ляющих глубину и форму провара, а также производительность
расплавления проволоки (рис. 56). Глубина провара при сварке
в углекислом газе несколько больше, чем при сварке под флю-
сом. Это обусловлено, по-видимому, большим давлением дуги
в углекислом газе, меньшим гидростатическим давлением жид-
кого металла, уравновешивающим давление дуги благодаря
отсутствию слоя флюса на жидком металле, а также избыточ-
ного давления внутри флюсового пузыря. В результате при
сварке в углекислом газе дуга интенсивнее оттесняет металл
из-под основания дуги.
Напряжение дуги и всего процесса является важнейшим
элементом режима сварки. Особенно велика роль напряжения
дуги L/д при сварке в углекислом газе с частыми короткими
замыканиями. При уменьшении диаметра электрода влияние
возрастает. С повышением ил увеличиваются общая длина дуги
и ее внешняя составляющая, а также ширина шва, уменьшается
высота усиления и улучшается форма шва (см. рис. 56). Однако
одновременно с повышением Ua увеличиваются потери на раз-
142
брызгивание (см. рис. 19) и окисление металла. С целью получе-
ния хорошей формы провара и внешнего вида шва и небольших
потерь на разбрызгивание, а также высокой производительно-
Рис. 56. Зависимость размеров шва (а, б, в и г) и коэффициента
плавления ka(d) от диаметра электрода и силы тока при сварке
в углекислом газе на обратной полярности. Проволока Св-08Г2С
сти сварку следует вести на оптимальных напряжениях дуги
(см. рис. 49). Величина их зависит от рода защитного газа,
силы сварочного тока, пространственного выполнения сварки,
диаметра и состава электрода, динамических свойств источника
питания и других факторов.
143
Химический состав проволоки, смазка и загрязнения, нахо-
дящиеся на проволоке и свариваемом металле, могут оказывать
влияние на силу тока, длину дуги, напряжение и характер про-
цесса. Вылет электрода при сварке проволоками d3 — 0,5 -?
4- 1,4 мм влияет на стабильность процесса сварки. Обусловлено
это изменением нагрева электрода на вылете проходящим током.
Допустимый вылет электрода зависит от диаметра, удельного
электрического сопротивления электрода и силы сварочного
тока. При малых вылетах затрудняется видимость зоны сварки
и возможно подплавленис токоподвода, а при больших — нару-
шение стабильности процесса. При сварке проволоками d9 —
= 1,6 мм и более влияние вылета электрода на стабильность
процесса сварки намного меньше. В этих случаях сварку можно
выполнять при нормальных и повышенных вылетах.
Увеличение вылета позволяет повысить коэффициент рас-
плавления электрода и уменьшает глубину провара [5, 82].
Род активного газа оказывает значительное влияние на
технологические характеристики и форму проплавления. При
сварке в углекислом газе и смеси Аг 4- более 25% СО? на всех
режимах, а также в смесях Аг 4- О2 и Аг 4- менее 15% СО2
с силой тока меньше критической форма провара такая же, как
при сварке под флюсом. При сварке в смесях Аг 4- О2 и
Аг 4- менее 15% СО2 с силой тока выше критической появляется
узкое глубокое проплавление по центру шва. С увеличением
силы тока и уменьшением диаметра электрода глубина узкого
проплавления увеличивается.
Влияние скорости сварки примерно такое же, как при сварке
под флюсом.
Наклон электрода углом вперед и углом назад до 30° (отно-
сительно перпендикуляра к детали) не отражается на харак-
тере процесса. При больших углах наклона увеличивается раз-
брызгивание. При сварке углом вперед глубина провара не-
сколько уменьшается, а ширина шва увеличивается. При этом
сварку можно вести на повышенных скоростях. При сварке уг-
лом назад более 15° глубина провара несколько увеличивается.
По сравнению со сваркой на обратной полярности процесс
сварки на прямой полярности отличается большей длиной дуги,
большим излучением и в ряде случаев большим разбрызгива-
нием. Скорость расплавления электрода увеличивается в
1,6—1,8 раза. При малых и средних значениях силы тока глу-
бина провара намного меньше, а стабильность процесса и фор-
мирование шва хуже. С увеличением силы тока стабильность
процесса повышается, формирование шва улучшается, разбрыз-
гивание уменьшается. Влияние свойств источника питания наи-
более существенно сказывается на технологических характери-
стиках при ведении процесса с короткими замыканиями в угле-
кислом газе и смесях Аг 4- СО2, Аг 4- О2 4- СО2. В этих случаях
для получения стабильного процесса, хорошего формирования
144
швов и небольшого разбрызгивания необходимо питать дугу
от источников с определенными динамическими свойствами по
току (см. рис. 63).
Оптимальные скорости нарастания /кз зависят прежде всего
от диаметра электрода. Для получения хорошего формирования
при сварке в нижнем положении целесообразно несколько пони-
жать скорости нарастания /к.э, повышать напряжение (см.
рис. 49) и использовать питание от источников с пологопадаю-
щей внешней характеристикой (k = 0,03 4- 0,08 В/A). При
чрезмерном уменьшении скорости нарастания /к.з затрудняется
установление и снижается стабильность процесса сварки. При
сварке в углекислом газе без коротких замыканий при средних
и больших значениях силы тока, а также в смесях Аг + О2 и
Аг + СО2 скорости нарастания /к,3 оказывают значительно мень-
шее влияние на течение процесса.
При сборке соединений под сварку в активных газах следует
соблюдать те же рекомендации, что и для сварки в инертных
газах. Прихватки можно выполнять контактной сваркой, свар-
кой в углекислом газе тонкой проволокой и вручную качест-
венными электродами, желательно с основным покрытием.
Применять электроды с меловым покрытием и некачественные
не рекомендуется, так как при их переварке в основном шве
образуются поры. Наиболее рационально выполнять прихватки
полуавтоматом тонкой проволокой в углекислом газе. В случае
их расположения со стороны основного шва к ним следует
предъявлять те же требования, что и к основному шву, и не
переваривать.
Сварка некоторых типов соединений
Сварка стыковых соединений. Стыковые соединения метал-
ла толщиной 0,8—1,2 мм можно сваривать на медных или сталь-
ных подкладках, а также на весу. Для получения швов высо-
кого качества необходима тщательная сборка, точное направ-
ление электрода по шву и поддержание неизменным режима
сварки. Для соединения металла таких толщин применяют сле-
дующие способы:
1) сварка на обратной полярности проволокой d3 = 0,7 4-
4-0,8 мм на малых токах и напряжениях при питании от источ-
ника с пониженными динамическими свойствами по току, обе-
спечивающими получение импульсного процесса с частыми
короткими замыканиями. В качестве источников рекомендуются
преобразователи ЗП 4/30 (АЗД 4/30), ЗП 7,5/30 и выпрямители
ИПН-ЗООП, ВДГ-301 и ВС-300. Последовательно в сварочную
цепь включают индуктивность 0,2—0,25 мГ. Сварку ведут верти-
кальным электродом, и направляют дугу на ванночку жидкого
металла. В качестве защитных газов рекомендуются углекислый
газ и смеси Аг 4- 25% СО2, Аг 4 О2 + 20% СО2. Целесообразно
10 Заказ 1374 145
Таблица 36
Режимы сварки в углекислом газе стыковых соединений ннэкоуглеродистых и низколегированных сталей
в нижнем положении (постоянный ток, обратная полярность)
Толщина металла В, мм Эскиз соединения Зазор а, мм Число проходов Диаметр проволоки, мм Сила свароч- ного тока. А Напряже- ние, В Скорость сварки, м/ч Вылет электрода, мм Расход газа, л/мин
0,8—1,0 1,5-2,0 2,0 3,0 0-0,3 0—0,8 0—0,8 0-1,0 1 1 1 1 0,7—0,8 0,8-1,2 1,0—1,2 1,2—1,4 50—80 90 —200 180—250 200—300 17—18 18—22 22—23 23—25 25-50 25—55 25—75 25—110 8—10 8—13 10-13 12-15 6—7 7-9 8-11

4,0 0-1,2 2 1,2-1,6 200—350 23-32 25—120 12—20 8-12
6,0 0—1,5 2 1,2-2,0 250-420 25-36 25 -70 12-20 10—16

8,0 10,0 -ЧМ- 0-1,5 0—1,5 2 2 1,2-2,5 1,2—2,5 300—450 320-450 28—38 29—38 20-60 20—45 12-25 12-25 11 — 16 12-16
14,0 0—1,5 2 1,2-2,5 380 -500 33-40 15-25 15-25 12—16
16 60° 0—1,5 0—1,5 2 1,4—2,5 1,6-2,5 380 —500 33-40 16—25 15—25 12—16
18 ТгГ g 2 380—500 33—40 12-25 18—25 12—18

20 60 О 0—1,5 2 1,6—2,5 380—420 450—500 32—36 36-40 14—16 18-20 18—25 12—18
0—1,5 3 1,6—2,5 380 л-420 450—500 350—400 32—36 36—40 33-36 18—20 18—25 12—18
24 0-1,5 3 1,6—2,5 380—420 450—500 350—400 32—36 36—40 33-36 18—20 18—25 12—18
в а 0—1,5 4 1,6-2,5 380—420 350—400 480—500 350-400 32—36 33-36 38—40 33—36 16-18 18—25 12—18

32 ^1 И 61 Г 0—1,5 4 1,6—2,5 380—420 350-400 480—500 350 -400 32—36 33—36 38—40 33-36 14—16 18-25 12—18

также использовать импульсно-дуговую сварку с частыми ко-
роткими замыканиями и гашением дуги;
2) сварка с периодическим изменением мощности дуги или
прекращением процесса. Сварку ведут проволоками d3 = 0,7 4-
4- 1,2 мм. Изменение мощности или прекращение процесса про-
изводят с частотой 0,3—4 Гц. При этом дуга легко возбуждается
на горячем металле, а тепловая энергия ванны обеспечивает
равномерное проплавление и формирование шва;
3) сварка проволоками d9 = 0,7 4- 0,8 мм на прямой поляр-
ности. Однако формирование шва в этом случае несколько хуже,
чем в первом.
Сварку металла малых толщин во всех случаях рекомен-
дуется выполнять в вертикальном положении сверху вниз. При
сварке тонкого металла ширина провара обычно одинакова
с обеих сторон стыка. При чрезмерно большой ширине шва воз-
можны прожоги. Во избежание этого рекомендуется уменьшать
напряжение дуги, диаметр электрода, силу сварочного тока и
увеличивать скорость сварки. При сварке на подкладках важно
обеспечивать плотное прижатие листов к подкладке.
В работах А. В. Петрова с сотрудниками было показано,
что при нагреве дугой листы, деформируясь, теряют устойчи-
вость и поднимаются непосредственно перед дугой. Для ис-
ключения этого рекомендуют делать отбортовку или изгибать
стык вдоль сварки таким образом, чтобы при нагреве листы
прижимались к подкладке. Металл толщиной свыше 1,2 мм лег-
ко сваривается на весу. При сварке металла толщиной 1,2—2 мм
дугу рекомендуется направлять на ванну жидкого металла, ме-
талл большей толщины сваривают вертикальным электродом.
Для сварки металла толщиной до 2 мм следует выбирать такие
режимы, чтобы полный провар получался за один проход. При
значительных зазорах в соединении рекомендуется выполнять
сварку с периодическим прекращением процесса, изменением
мощности или с поперечными колебаниями электрода. Для полу-
чения качественного формирования важно правильно подобрать
программу изменения мощности процесса, частоту и амплитуду
колебания электрода.
Металл толщиной более 3 мм обычно сваривают с двух сто-
рон. Разделку кромок делают в зависимости от конструкции
изделия и допустимых режимов сварки (табл. 36). При сварке
в углекислом газе, учитывая большую глубину провара, угол
раскрытия кромок можно принимать меньше, чем при сварке
под флюсом. Это положение обусловлено ГОСТ 14771—69.
При использовании смесей Ar + СО2, Аг + Ог + СО2 и
Аг 4- Ог разделку кромок обычно делают такую, как при сварке
под флюсом.
Для получения качественного стыкового соединения необхо-
димо предупредить подсос воздуха с обратной стороны стыка.
Для этого, а также для получения полного провара соединения
148
без прожогов при больших переменных зазорах рекомендуется
корневой шов сваривать тонкой проволокой в углекислом газе
с силой тока 140—220 А. Последующие проходы могут быть вы-
полнены в любом активном газе или под флюсом. Этот же прием
позволяет избавиться от кантовки крупных изделий. Техника
сварки поворотных кольцевых стыковых швов во многом подоб-
на технике сварки продольных швов. Важным параметром
режима является смеще-
ние электрода от верхней
точки окружности.
Соединение на метал-
ле толщиной 0,8—2,5 мм
и корневые швы на ме-
талле больших толщин
рекомендуется сваривать
в вертикальном положе-
нии сверху вниз или в по-
лупотолочном положении
(рис. 57). Дугу следует
направлять на ванну жид-
кого металла. Этообеспе-
Рис. 57. Рекомендуемые схемы установки
электрода при сварке в углекислом газе
поворотных кольцевых швов на тонкостен-
ных деталях и корневых швов
чивает получение полного провара соединения с обратным
формированием шва, без прожогов даже при значительных
переменных зазорах. Режимы сварки некоторых изделий при-
ведены в табл. 37.
Таблица 37
Режимы сварки поворотных кольцевых стыковых швов в СО2
и в смеси Аг-+-25% СО2
50
100—150
200-500
200-400
200—400
1—1,5
2—2,5
8-15
30-40
60-80
0—1,0
0—1,5
0—1,0
0-0,5
0—0,5
1-1,2
1-1,2
1—1,2
2—3
3
100-130
130—160
150—190
350—450
350—450
18—19
18—19
19—21
80—90
70—80
20—30
32-36 25—35
28 -33 25—35
10—12
10—13
10-12
25—50
30—90
7-8
8-9
7-8
15—18
15-18
Соглас-
но
рис. 57
20
25
Примечание. Постоянный ток, обратная полярность, электрод Св-08Г2С.
Смещение электрода при сварке металла больших толщин
делают в сторону, обратную направлению вращения детали.
Величину этого смещения выбирают в зависимости от объема
ванны, диаметра и толщины стенки детали и от скорости сварки.
Разделка кромок на металле средних толщин делается такой
149
же, как и при сварке прямолинейных швов. При большой тол-
щине стенки детали целесообразна узкая щелевая разделка
в сочетании с непрерывной, многопроходной сваркой. Режимы
сварки выбирают в зависимости от допустимого термического
цикла. Сварка кольцевых швов может быть выполнена во всех
активных газах.
Сварка нахлесточных соединений. Металл толщиной 0,8—
1,5 мм сваривают на весу или на медной подкладке. Более тол-
стый металл обычно сваривают на весу. Металл толщиной
0,8—1,2 мм сваривают вертикальным электродом, направленным
на срез верхнего листа. Смещение электрода от среза до
±(1 —1,5 мм) обеспечивает получение соединения высокого
качества. При большем смещении электрода в сторону нижнего
листа возможны прожоги, а в сторону верхнего — ухудшение
формирования шва и недостаточный провар нижнего листа.
Для получения соединения высокого качества могут быть
использованы те же приемы, что и при сварке стыковых швов.
Максимальная скорость сварки достигается при выполнении
соединений в вертикальном положении сверху вниз, тщательная
сборка также позволяет повысить скорость сварки. Металл ма-
лых толщин рекомендуется сваривать в углекислом газе и
в смеси Аг 4- СО2, которые обеспечивают наименьшие деформа-
ции изделия. Металл толщиной более 1,5 мм сваривают элек-
тродом, наклоненным поперек шва на 50—60° к поверхности
листов. При сварке металла равных толщин электрод направ-
ляют в угол, а неравных — в сторону листа большей толщины.
Некоторые режимы сварки нахлесточных соединений приведены
в табл. 38.
Сварка угловых соединений. Такую сварку можно выполнять
наклонным электродом при вертикальном расположении стенки
соединения и вертикальным электродом при расположении шва
в лодочку. При сварке наклонным электродом угол наклона его
к полке должен составлять 40—50°. При сварке катетов до 5 мм
и одинаковой толщине листов электрод направляют в угол, при
неодинаковой толщине — в сторону листа большей толщины.
При сварке металла толщиной более 5 мм электрод смещают на
0,8—1,5 мм в сторону полки. В некоторых случаях при сварке
металла большой толщины делают скос кромки. В этом случае
электрод направляют в угол разделки.
Сварку в углекислом газе и в смеси Лг 4-25% О2 ведут на
обратной полярности. Сварку в смеси Аг 4- 5% О2 можно вести
на обратной и прямой полярности. При сварке на прямой поляр-
ности получают повышение производительности и уменьшение
подрезов стенки. При сварке угловых швов можно рекомендо-
вать приемы, увеличивающие скорость расплавления электрода
(сварку с подачей присадки, с увеличенным вылетом, с допол-
нительным нагревом электрода, на форсированных режимах
и др.). Швы с катетом более 8 мм рекомендуется сваривать
150
Таблица 38
Ориентировочные режимы сварки нахлесточных соединений (постоянный ток, обратная полярность, проволока Св-08ГС,
Св-08Г2С)
Примечание На медной подклад- ке То же На весу или на медной подкладке На мерной подклад- ке На весу или на медной подкладке На весу То же »
нни/ir 'bebj BEBJ VOXSBc] 6—7 ft _7 . 00 00 30 ос 1 1 1 Г- Г" О г- _ о из Оз — — г- оо о III III 00 оо со о ь*
ии ‘Btrodi -яэь-в xairng 8 8 8—12 8—12 8—12 8—12 10—14 10—14 10-20 8-11 Я 1 1 v * а 8-14
н и "Hxdess qxoodoxQ 30—50 40 -80 40-80 30—50 S с Tt с 5 35—100 40—65 30—65 30—65 ИЗ.
fl ‘эинэжвйивн 17,5—18,5 17,5—19 18-20 18—20 18—20 С CS ос из а 888 28 Я X 1 1 1 III S 2§£ £22 О
v ‘ВИОЛ OJOH • hodeeo вь’нэ 90—100 100—120 110—135 120—150 120—145 130—160 160-220 180—400 100-120 120-150 130- 180 вертикальн
ии ‘Btfodixaire dxawsHtf осчечечсчтгтго о сч 4 1 III ~ ” “17 “1 7 ” О ОООООО О О О О СЧ 00 00 о * о о* о* - - о о -
ИИ 'ИИВХЭН1Г Х7ЖЭИ doCBE VHHHioXuotf СП 00 М3 00 ОС о о О о* с 1 11 г О ООО с о । о_ сч из о из 00 о —• — — сч о* о" —Г Illi III £ О ООО ОО о X
£BJ (JHHXHinBp Углекислый газ То же » СП. А г 4- ' +со2 То же С02, Аг + + С02, Аг + 4- 02 СП С02, Аг + + со2 С02, Аг + 4- СО2, Аг 4-О2 качения: Н — н
.nxdeeo эннэжогоц * х тхш х со хх х S _ X
ИИ 'BITtTBX -ан внигпв-oi СО. 00 о о СЧ СЧ ООО ОО о — о- 1 ±+~ + + +++ f ОО 00 о О СЧ СЧ ООО 000 U3 ° о — — — — сч’еоиэ’ о- —
151
Режимы сварки угловых швов (без разделки кромок, постоянный ток, обратная полярность, проволока
Св-08ГС, СВ-08Г2С)
Расположение шва в прост- ранстве* Н, В, П 1 и * э CQ * - х х : X С X
Выполнение сварки Наклонным электродом * * * а а =1 о ч а Й
Расход газа, л/мин to О СЧ Ю Ю U0 Г °i 7 7 7 7 7 00 СЧ g X
Вылет электрода, мм о 1 со С а 8-15 10—15 10 ОА 1^— 14—25 10—25 12—18 I — потолоч
Скорость сварки, м/ч os—ое 30—50 25—45 оз 18—40 ОА ДА 40-65 100г-180 рху вниз; Г
Напряжение, В 17—19,5 18,5—20,5 19,5—23,0 21,0—32,0 22—32 09— за 24—45 23—40 фтикальное све
Сила 2 г. S. м s® 70-110 с с > С I! с > с « IT 170-350 200—350 200—320 250 -600 180—500 :нке; В — вс
Диаметр электро- да, мм 0,7-0,8 с а с : j > - 1.0—1,4 1.2—2,5 1 9—9 С 1.2—2,5 1.2—1,4 снее положе
Защитный газ Углекислый газ То же * С * н _ * "s 5 о 1 . ж я <и О I -+ О е* к м -i 8 |
Катет шва, мм 1.2—1,5 1,5—2,0 9—3 С м J о 5-8 5—10 4-10 О А L тые обознач
Толщина металла б, мм 0,8—1,0 С с о с ' 1 » с * о. с ’ 1 с Г 6,0-10,0 5,0—14,0 5,0—14,0 О П К Л • Прння
152
в лодочку. Это обеспечивает возможность использования форси-
рованных режимов, улучшает формирование шва и дает возмож-
ность резкого повышения скоростей сварки до 150—300 м/ч.
Некоторые режимы сварки угловых швов приведены в табл. 39.
Сварка замковых соединений. Эти соединения наиболее ча-
сто встречаются при сварке кольцевых швов. Замковые соеди-
нения выполняют с разделкой кромок на 40—60°. Режимы свар-
ки выбирают в зависимости от толщины листов и диаметра
изделия. Замковые соединения позволяют выполнять сварку
первых проходов на больших токах, поскольку в данном случае
отсутствует опасность прожога листов. При сварке замкнутых
сосудов во избежание появления пор в корне шва требуется
сборка беа зазоров. С этой целью замок делают скошенным и
детали собирают с натягом.
Особенности полуавтоматической сварки
Техника полуавтоматической сварки в углекислом газе и
в смеси СО2 4- Аг проста и имеет много общего с техникой руч-
ной дуговой сварки. Задача полуавтоматчика состоит в поддер-
жании постоянного вылета электрода, равномерном перемеще-
нии держателя вдоль кромок и в отдельных случаях в выполне-
нии необходимых колебаний электрода. Глубина провара при
сварке в активных газах обычно больше, чем при ручной дуго-
вой, что позволяет выполнять сварку на больших скоростях.
Изменения скорости сварки, неизбежные при перемещении
держателя вручную, сказываются на изменении глубины про-
плавления. Поэтому во избежание прожогов полуавтоматиче-
скую сварку выполняют с меньшей силой тока, чем автомати-
ческую. В результате скорости полуавтоматической сварки
меньше, чем автоматической.
При сварке тонкими проволоками форма колебаний электрода
обычно'такая же, как при ручной дуговой сварке. При сварке
проволоками диаметром 1,6 мм и более форма поперечных коле-
баний зависит от типа соединения и может изменяться от слоя
к слою. Корневые швы сваривают при возвратно-поступательном
перемещении электрода, средние слои стыковых швов — при
перемещении электрода по вытянутой спирали, а верхние слои
с поперечными колебаниями — «змейкой>. Сварку можно вести
как с наклоном электрода углом вперед, так и углом назад до
10—30°. В первом случае глубина провара несколько меньше,
шов шире, удобно направлять дугу по разделке шва. Сварку
можно выполнять с большими скоростями.
Возвратно-поступательные движения горелки обеспечивают
наименьшую пористость при сварке во всех активных газах.
Этому способствует как улучшение защиты, так и перемеши-
вание и замедленное охлаждение жидкой ванны. При сварке
153
углом назад рекомендуют [21, 46] наклонять горелку на 5—15°
и выполнять сварку с теми же колебаниями электрода. При
сварке угловых швов наклонным электродом (d3 = 1,6 мм и
более) электрод наклоняют на 30—45° поперек соединения,
ведут сварку вертикальным электродом или углом вперед
с наклоном до 15°. Дугу направляют немного (~1 мм) на ниж-
нюю полку или в угол. Для получения плотного шва и провара
в начале сварки необходимо обеспечить предварительную по-
дачу газа до зажигания дуги и начинать сварку вертикальным
электродом. Для получения качественного конца шва необходи-
мо заварить кратер и обдувать его до полного затвердения
металла. При сварке с большой силой тока для заварки кратера
нужно уменьшить силу тока и напряжение (ориентировочно до
150—170 А и 24—26 В). При окончании сварки могут быть
использованы также другие приемы.
Сварка вертикальных, горизонтальных
и потолочных швов
Сварка вертикальных швов. Для сварки вертикальных швов
применяют несколько приемов со свободным и принудительным
формированием шва. Тонкий металл сваривают со свободным
формированием шва. Металл толщиной до 6 мм сваривают
сверху вниз. Сварку ведут углом назад, направляя дугу на
переднюю часть ванночки, что обеспечивает хорошее проплавле-
ние кромок и исключает прожоги.
Металл толщиной до 3 мм сваривают без колебаний электро-
да, металл большей толщины — с поперечными колебаниями
электрода (рис. 58). Требования к качеству сборки при сварке
сверху вниз менее жесткие, чем при сварке в нижнем положе-
нии. Поэтому сварку сверху вниз применяют для выполнения
корневых швов металла разных толщин при наличии перемен-
ных зазоров. Скорости сварки сверху вниз обычно в 2—2,5 раза
выше, чем при сварке снизу вверх. Для получения процесса
с малым разбрызгиванием и увеличения провара рекомендуют
сварку вести на пониженных напряжениях и питании от источ-
ников с повышенными динамическими свойствами по току
(см. рис. 63).
Сварку в углекислом газе и в смеси Аг + 25% СОг ведут
проволоками диаметром до 1,4 мм. При использовании прово-
лок большего диаметра и повышенных режимов наблюдается
непровар корня и несплавление по краям шва. Это же наблю-
дается при сварке металла толщиной более 6 мм. Поэтому
стали толщиной более 7 мм обычно сваривают снизу вверх. При
сварке со свободным формированием используют ту же технику,
что и при ручной дуговой сварке. Сварку выполняют проволока-
ми диаметром до 1,6 мм как углом вперед, так и углом назад.
154
Форма поперечных колебаний зависит от диаметра электрода
и толщины металла. Для улучшения формирования шва иногда
используют сложную технику колебания электрода (рис. 58, г).
При сварке снизу вверх наблюдается глубокий провар корня и
отсутствуют несплавления по краям шва.
Режимы сварки вертикальных швов в углекислом газе и
в смеси Аг 4- 25% СО2 выбирают такими, чтобы процесс проте-
кал с частыми короткими замыканиями. Сварку в смеси
Аг 4- О2 ведут с наложением импульсов. При этом можно ис-
пользовать проволоку диаметром до 2,5 мм. Некоторые режимы
Рис. 58. Схемы расположения и
поперечных колебаний электрода
при сварке в углекислом газе вер-
тикальных швов на стали 6 <
< 6 мм (а) и б > 6 мм (б, в и г),
при сварке горизонтальных (д) и
потолочных (е) швов
сварки вертикальных швов со свободным формированием при-
ведены в табл. 40.
При значительной длине прямолинейные вертикальные швы
на стали толщиной от 8 до 40 мм целесообразно выполнять
с принудительным формированием (рис. 59). Этот способ раз-
работал Д. А. Дудко с сотрудниками в ИЭС им. Патона в 1956—
1957 гг. [16]. Для получения высокого качества и хорошего фор-
мирования швов необходимо наличие между ползуном и швом
небольшого количества шлака. Для этого при использовании
проволок сплошного сечения в зону сварки подают небольшое
количество флюса. Флюс подают из отдельного бункера или
с присадочной порошковой проволокой, укрепленной на кромке
стыка.
155
>- Таблица 40
S Режимы сварки в углекислом газе и в смеси Аг + 25% СО2 углеродистых сталей в вертикальном положении (постоянный
ток, обратная полярность, проволока Св-08Г2С)
Толщина металла, мм Эскиз соединения Допусти- мый зазор а, мм № прохода Дна метр электрода, мм Сила сварочного тока, А Напряже- ние, В Скорость сварки, м/ч Вылет электрода, мм Расход газа, л/мин Направление сварки
0,8-1 1,2—2 2—3 а 0—0,5 0—1 0,8—1,5 1 0,8—1,0 0,8—1,2 1—1,4 90—130 140—220 150—240 17-18 18—21 20—22 40—55 40—50 35—50 8—11 а—12 9-12 6—7 6—7 Сверху ВНИЗ То же
4—6 ц 1—1,5 1 1—1,4 140—180 19—21,5 20—35 9—12 8-9 »
а 11 160—260 20—23 20—40 9-12 8—9 »
8—10 1—1,5 I 1,2—1,4 160—200 19—21 20—30 9—12 9—10 »
II — IV 160—210 19—21,5 7—12 9—12 9—10 Снизу вверх
16—20 60° 1—2 1 180—250 20—22,5 18—25 9—12 9-10 Сверху вниз
II—VI 1 р Z—1 160—220 20—21,5 7—10 9-12 9—10 Снизу вверх
1
L
20 1-2 I 1,2—1,4 180—250 20—22,5 18—25 9—12 9—10 Сверху вниз
II 160—300 20—26 7—10 9-12 9—10 Снизу вверх
32 1-2 I 1,2—1,4 180—250 20—27,5 17—23 9—12 9—10 Сверху вниз
II—III 160—300 20-26 7—5 9—12 9—10 Снизу вверх
0,8—1 0 0,05 1 0,8—1 90—130 17—18 40—55 8—11 6-7 Сверху вниз
1,5-2 0-1,0 I 0,8—1,2 140—200 18—21 40—50 8—12 6—7 То же

3—4 1—1,5 II 1—1,4 150-240 19—22 35-95 9—12 7—8 »
5—6 1—1,5 I 1,0—1,4 160—250 20— 23 20—40 9—12 8—9 »

II
7—12 1—1,5 III —IV 1,2—1,4 160—200 20—21,5 7—18 9—12 9—10 Снизу вверх
20 1—1,5 I —VI 1,2—1,4 170—200 20,5—22 7—9 9—12 9—10 То же
вам
При сварке порошковыми проволоками шлак образуется при
расплавлении самой проволоки. Для получения шва высокого
качества необходимо предупредить попадание воздуха к рас-
плавленной ванночке. Для этого рекомендуют подавать газ по
специальным газовым соплам или по каналам расположенным
в ползунах. Наличие на поверхности ванны шлака снижает тре-
бования к качеству защиты. Режимы сварки вертикальных
швов выбирают исходя из условий
получения заданного термического
цикла, получения процесса с мини-
мальным разбрызгиванием и толщи-
ны металла. С увеличением силы
сварочного тока увеличивается объ-
Рис, 59. Схема сварки
вертикальных швов в уг-
лекислом газе с прину-
дительным формировани-
ем шва:
1 — кромки детали; 2 —
ползуны; 3 — обратная
подкладка; 4 — мундштук;
5 — дуга; 6 — сопло для
подачи СО3; 7 — сварочная
ванна; 8 — шов
Рнс. 60. Скорости сварки
вертикальных швов, выпол-
няемых в углекислом газе
с принудительным форми-
рованием, в зависимости от
разделки кромок
ем сварочной ванночки и ее глубина. При заданном напря-
жении с увеличением силы тока ширина шва уменьшается.
С повышением напряжения ширина ванны увеличивается. Ве-
личина зазора между листами мало влияет на ширину шва.
Соединения на металле толщиной более 20 мм выполняют
с поперечными колебаниями электрода. У ползунов электрод
задерживают на 1,5—2 с. Сварку вертикальных швов выполняют
на постоянном токе, однако в ряде случаев целесообразно ис-
пользование переменного тока. Сварка вертикальных швов
в защитных газах с принудительным формированием обеспечи-
вает более высокую производительность, чем сварка со свобод-
ным формированием и ручная дуговая сварка. Стыковые соеди-
нения под сварку с принудительным формированием можно
собирать без скоса кромок и с V-образной разделкой.
158
Сборка с V-образной разделкой позволяет уменьшить сече-
ние разделки и повысить скорость сварки (рис. 60). Кроме того,
при V-образной разделке кромок в случае выхода из строя
автомата можно закончить полуавтоматической или руч-
ной дуговой сваркой. Поперечная усадка соединения при V-об-
разной разделке также меньше, чем при прямоугольной. Сварка
в защитных газах с принудительным формированием находит
применение при сварке резервуаров, корпусов судов, шахтных
крепей, двутавровых балок.
Конструкция автоматов аналогична конструкции автоматов
для электрошлаковой сварки. При малой длине швов сварку
с принудительным формированием можно выполнять полуавто-
матом с использованием малогабаритного подвижного ползуна
Ползун может перемещаться от отдельного электропривода или
вручную сварщиком. Короткие швы на металле большой толщи-
ны можно сваривать, используя неподвижные подкладки, обыч-
ным автоматом и полуавтоматом. Например, короткие швы
фланцев толщиной 20—100 мм при длине шва 40—150 мм сва-
ривают переоборудованным трактором ТС-17 или АДПГ-500 на
токе 350— 450 А при напряжении 30—35 В.
Сварка горизонтальных швов. Горизонтальные швы на стали
толщиной до 6 мм обычно сваривают в углекислом газе прово-
локами d3 = 0,8-? 1,4 мм. Соединения на металле толщиной до
3 мм собирают без скоса кромок, с небольшим зазором, что обе-
спечивает получение швов с полным проваром и небольшим
усилением. Сварку ведут с наклоном электрода снизу вверх и
углом назад без поперечных колебаний (рис. 58, д). Дугу на-
правляют на металлическую ванночку. При толщине металла
более 4 мм делают скос на кромке верхнего листа, сварку ме-
талла толщиной более 6 мм выполняют с наклоном электрода
сверху вниз.
Основное сечение шва заваривают с повышенной силой тока
При этом используют проволоки сплошного сечения d3 до 2 мм
и порошковые до 4 мм. Облицовочные швы заваривают про-
волоками = 1,0 ч- 1,4 мм на малых режимах (табл. 41). При
сварке металла толщиной более 6 мм с повышенной силой тока
наблюдается стекание ванны жидкого металла. Для предупреж-
дения этого иногда используют формирующие ползуны. При
сварке горизонтальных швов проволоками Св-08Г2С d3 = 1,6 ч-
Ч- 2 мм в металле шва встречаются характерные несплавления,
имеющие вид полушария. Места несплавления обычно покрыты
тонкой корочкой шлака.
Сварка потолочных швов. Потолочные швы рекомендуется
сваривать в углекислом газе проволокой d3 = 0,5 ч- 1,4 мм. Сва-
ривать такие швы полуавтоматом труднее, чем швы в других
положениях, сварщик должен иметь более высокую квалифика-
цию. Сварку потолочных швов ведут углом назад (рис. 58, е)
на минимальных напряжениях и токах, несколько меньших, чем
159
Таблица 41
Ориентировочные режимы сварки в углекислом газе горизонтальных швов на углеродистых сталях проволокой Св-08Г2С
со свободным формированием (обратная полярность)
Толщина металла, мм Эскиз соединения Зазор а, мм Диаметр электрода, мм Сила сварочного тока. А Напряжение, В Скорость сварки, м/ч Вылет электрода, мм Расход газа, л мин
0,8-1,0 0—0,5 0,8—1,0 70-130 17—18,5 25—30 8-10 6—7
1,5 0—0,5 0,8—1,2 100—150 17,5—19,5 20—25 8-12 6-8
1,5 1.0-1,5 0,8-1,2 100—150 17,5—19,5 19—24 •8-12 6—8
3,0 п 0—0,8 1,0-1,4 140—220 18—21 17—19 10—12 7-9
3,0 1,5—2,0 1,0—1,4 140-220 19-21 16—18 10-12 7—9
5—8 0—1,0 1,0—1.4 150—230 19,5-23 12—18 12—14 8-10
5-8 1,5—2,0 2,5—3,0* 300—400 25—28 30-35 15-18 10—15
10-14 0—2 1,2—1,6 280 —380 26-33 25—32 12-16 10—12

10—14 1,5-2,0 3-4* 350—500 23—28 30—32 15—20 10-15
16—22 1,0—2,0 4* 450—550 23-28 30-32 20-30 12-15
* Сварка выполнена порошковой проволокой с формирующим ползуном.
11 Заказ 1374
Режимы сварки в углекислом газе швов в потолочном положении
Таблица 42
Толщина металла, мм Катет шва. мм Эскиз соединения Зазор а, мм Диаметр электрода, мм Число проходов Сила сварочного тока. А Напряжение, В Скорость сварки, м ч Расход газа, л/мин
0,8-1 1,5—2 У 0—0,5 0,7-1,0 1 70—140 16,5—18 20-40 7
1,5—2 1,5—2 0-1,0 0,8-1,2 1 150—190 18,5—20 25—35 7
3-5 3-5 г Д’ 0,5—1,5 1—1,4 1 160—260 19-22,5 20-30 8
6—7 6-7 1—1,5 1—1,4 2 160—270 19,5—22,5 17-25 8—9
8—10 8 -а 1-1,5 1,2—1,4 2 160-270 19,5-23 10-15 00 г
12-16 8 1-1,5 1,2—1,4 4 160—270 19,5—23 10-15 8-9
сварку вертикальных швов (табл. 42). Дугу и поток защитного
газа направляют на ванночку жидкого металла, что уменьшает
ее стекание. Для этой же цели рекомендуется увеличивать рас-
ход газа. Сварку стыковых швов с разделкой ведут с попереч-
ными колебаниями электрода.
Металл толщиной более 6 мм рекомендуется сваривать в два
прохода и более, что обеспечивает получение плотных швов.
При использовании смесей Аг + 5% О2 и Аг 4- до 15% СО2
сварку потолочных швов можно выполнить только при импуль-
сном ведении процесса, аналогично сварке в чистом аргоне.
Сварка электрозаклепками и точками
в углекислом газе [7, 46, 57]
Сварку электрозаклепками и точками применяют для нахле-
сточных, угловых и стыковых соединений на металле толщиной
от 0,5 мм и более во всех пространственных положениях. На то-
ках до 350 А целесообразно использовать проволоки диаметром
0,8—1,2 мм, на больших токах — диаметром 1,4—2 мм. В от-
дельных случаях при сварке металла большой толщины в ниж-
нем положении используют проволоку диаметром до 4 мм.
При сварке электрозаклепками металла толщиной более
1,5 мм в вертикальном и потолочном положениях и толщиной
более 6 мм в нижнем положении рекомендуется делать отвер-
стия в верхнем листе. В остальных случаях отверстия в верхнем
листе не делают. Требования к качеству сборки обычно такие
же, как при сварке швами большой длины. Стабильность уста-
новления процесса оказывает большое влияние на качество
сварки точками и электрозаклепками. При сварке проволоками
диаметром до 2 мм начало процесса осуществляется путем
подачи электродной проволоки под напряжением к изделию.
Для улучшения зажигания дуги сварку следует начинать на
малом вылете электрода. При сварке проволоками больших
диаметров необходимо использовать специальные приемы зажи-
гания дуги.
На глубину проплавления точки наиболее эффективно
влияет сила тока. С увеличением силы тока увеличивается диа-
метр и усиление точки. Сварку точки следует производить на
токе, максимально допустимом для данной толщины металла.
Напряжение дуги оказывает влияние на форму электрозаклеп-
ки. При недостаточном напряжении в центре точки образуется
углубление, а при завышенном — бугорок. Оптимальное напря-
жение зависит от силы тока и диаметра электрода (табл. 43).
При сварке точки глубина проплавления увеличивается
в первый период горения дуги. В дальнейшем глубина проплав-
ления увеличивается незначительно, повышается только усиле-
ние точки. Сварку металла толщиной до 2 мм обычно выполняют
без изменения тока в процессе сварки точки. При этом путем
выбора напряжения можно получить хорошее формирование
162
Таблица 43
Ориентировочные режимы сварки углеродистых сталей в углекислом газе
электрозаклепками и точками
Толщина листов, мм Диаметр электрода, мм Сила свароч- ного тока. А Напряжение. В Длительность сварки, с Вылет элек- трода, ММ Расход газа, л/мин Наличие от- верстия в верхнем листе
верх- него нижнего
0,5 0,5—2,0 0,8 100 140 18-21 0,6—1,1 6—10 5-6 Нет
0.8 0,8—3,0 0,8 120-160 19-22 0,5-1,2 8-10 5—6 »
1,0 1,0 - 4,0 0,8—1,0 150—190 20-23 1,0—1,8 8—12 5 7 »
1,5 1,5-4,0 1,0—1,2 200—210 21—24 1,4-1,8 10—12 6-7 >
1,5 1,5 —4,0 2,0—5,0 1,0—1,2 190-210 21—23 1,3-1,6 10—12 6-7 Есть
2,0 1,0-1,4 220- 300 22—27 2,0—3,0 10—14 6-8 Нет
2,0 2,0—5,0 1,0-1,4 210-250 22-25 1,6-2,0 10—14 6—7 Есть
3,0 3,0—6,0 1.2—1,6 320—380 30-35 2,0—3,0 12-14 7-8 Нет
3,0 3,0-6,0 1,2—1,6 300—350 28-32 1,9—2,5 12-14 7-8 Есть
4,0 4,0-6,0 1,4-1,6 380—420 33-37 3,0—3,5 13—15 8-9 Нет
4,0 4,0-6,0 1,4—1,6 350-380 32—35 2,2—3,0 13—15 8-9 Есть
5,0 5,0—7,0 1,4-2,0 400-450 34—40 3,5-4,0 14—16 9-10 Нет
6,0 6,0—8,0 1,6-2,5 420-550 38-44 3,0—4,0 14-18 9-10
8,0 8,0—10,0 2,0-2,5 550—600 43—48 3,0-4,0 16—18 11—12 »
Примечание. Постоянный ток. обратная полярность. Режимы сварки точ-
ками принимают такими листа. же. как при сварке без отверстия для толщины верхнего
точки с достаточной глубиной и шириной проплавления. При большей толщине металла ре- комендуется выполнять сварку с изменением силы тока. В на- чале сварки точки силу тока увеличивают, а в конце умень- шают и одновременно повы- шают напряжение. Это обе- спечивает глубокое проплав- ление, хорошую форму элек- трозаклепки и позволяет регу- лировать термический цикл при сварке. Для увеличения сечения проплавления и прочности электрозаклепки сварку реко- Таблица 44 Прочность электрозаклепочного соединения при работе на срез
Толщина листа, мм Разрушающее усилие на одну электро- заклепку, кгс Характер разрушения
0,5+0,5 0,8+0,8 1.0+1,0 1,5+1,5 2,0+2,0 3,0+3,0 4.0+4,0 6.0 +6,0 160—200 200— 250 300-380 350—700 1000—1500 1500—2000 1600—2500 3000-4200 Вырыв электро- заклепки То же » » Срез заклепки То же »
мендуют выполнять с круго- вым перемещением электрода, а иногда делать отверстия в верхнем листе. Прочность отдель- ной точки зависит от толщины металла и сечения электроза- клепки (табл. 44). Работоспособность электрозаклепочных и точечных соединений при знакопеременной и ударной нагруз-
II*
163
ках в ряде случаев выше, чем соединений, выполненных сплош-
ными швами.
Контроль качества электрозаклепок на металле малой
толщины производят по их внешнему виду с обеих сторон. При
нарушении газовой защиты, превышении зазоров в соединении,
наличии большого загрязнения и использовании ржавой прово-
локи в электрозаклепках образуются поры. Трещины в электро-
заклепках и точках появляются в основном при сварке высоко-
углеродистых сталей и при повышенных режимах сварки.
Наплавка
Детали небольших размеров и диаметров, в том числе
работающие при ударной и знакопеременной нагрузках, наплав-
ляют в углекислом газе проволоками диаметром 0,8—1,4 мм.
Детали больших размеров наплавляют проволоками диаметром
1,6—4 мм как сплошного сечения, так и порошковыми. При
наплавке тонкой проволокой удается получить наплавленный
слой толщиной 0,8—1,5 мм. Успешно наплавляют детали из
сталей СтЗ, Ст4, 30, 40, 45Х и др., а также из серого чугуна. Не-
которые режимы наплавки приведены в табл. 45.
Таблица 45
Режимы наплавки в углекислом газе
Диаметр детали, мм Толщина слоя, наплавленного за один проход, мм Диаметр электрода, мм Сила свароч- ного тока, А Напряжение. В Скорость сварки, м/ч
10 0,8 0,8 75-90 17-18 40—45
20 0,8—1,0 0,8 85—110 18—19,5 40-45
30 1,0 0,8-1,2 90-130 18-20 35—40
40 1,0—1,2 0,8—1,2 100—140 18-21 30-35
0—4
3-5
5-8
6—10
2,5—3,0
3,0
3,0-3,5
3.0-3,5
8-10
8-10
10—14
10—14
Примечания: 1. Постоянный ток, обратная полярность; при сварке элек-
тродом — 0,8 4-1.2 мм расход СО, составляет 6—7 л/мин.
2. Режим, приведенный для детали диаметром 40 мм, рекомендуется также
для наплавки в нижнем положении плоских деталей.
При использовании проволок Св-08ГС, Св-08Г2С и других
низколегированных наплавленный металл обычно имеет
НВ 220—250. Для повышения твердости после механической
обработки наплавленный слой подвергают цементации и терми-
ческой обработке. При наплавке стали 40 и 40Х часто исполь-
зуют проволоку ЗОХГСА, в этом случае твердость наплавки со-
ставляет НВ 245—290. В ряде случаев для наплавки исполь-
зуют проволоки Св-10Х13, Св-08Х14ГТ, 2X13, 3X13, Х17,
Св-08Х18Н2ГТ, Св-06Х19Н9Т, Св-07Х18Н9ТЮ, Св-08Х20Н9Г7Т
164
и др. аустенитного класса. В этих случаях наплавленный слой
отличается высокой износостойкостью, а в ряде случаев и корро-
зионной стойкостью.
Для наплавки изделий больших размеров обычно исполь-
зуют порошковые проволоки специальных составов. Так, для на-
плавки конусов доменных печей используют проволоки
ПП-Х12ВФ, ППХ10В14 и ПП-ЗХ2В8ГТ. Для наплавки прессо-
вого инструмента и прокатных валков используют проволоки
ПП-ЗХ2В8ГТ и ПП-5ХЗВ11Н4ГТ (67, 70].
14. Сварка углеродистых и легированных
конструкционных сталей
Сварка углеродистых сталей. Детали из низкоуглеродистых
сталей хорошо свариваются в углекислом газе, в смесях Аг 4- Ог,
Аг 4- СОг и другими способами сварки; эксплуатируются они
без термической обработки. Сварка среднеуглеродистых и осо-
бенно высокоуглеродистых сталей затруднена из-за опасности
образования трещин в швах и в зоне термического влияния.
Для получения высококачественных швов применяют нагрев
изделий и последующую термическую обработку. В углекислом
газе эти стали свариваются легче, чем под флюсом, особенно
при использовании тонких проволок. Это можно объяснить как
окислительным характером защитного газа, так и меньшими на-
пряжениями, возникающими при сварке.
Легированные конструкционные стали разделяют на низко-
легированные, содержащие до 3% легирующих элементов, и
среднелегированные, содержащие 3—8% легирующих элементов.
К низколегированным относятся стали 10ХСНД (СХЛ-4),
15ХСНД (СХЛ-1, НЛ-2), 14ХГС, 09Г2 и др. (см. ГОСТ 5058—65).
Эти стали обычно хорошо свариваются в углекислом газе и сме-
сях Аг 4- О2 и Аг 4- СО2 и не требуют после сварки термической
обработки (21, 46, 85]. К среднелегированным относят стали
20ХГС, 25ХГС, ЗОХГС, ЗОХГСН. Стали 20ХГС и 25ХГС свари-
ваются в активных газах удовлетворительно, сталь ЗОХГС свари-
вается с некоторыми затруднениями. При толщине более 10 мм
и жестких соединениях сварку ведут с предварительным подо-
гревом
Химический состав и свойства металла шва при сварке
в защитных газах определяются в первую очередь составом
электродной проволоки. Для сварки в активных газах углеро-
дистых и легированных конструкционных сталей разработано
много марок проволок, которые серийно изготовляют по ГОСТ
2246—70 и ряду ТУ. Указанные проволоки, как правило, содер-
жат повышенное количество активных раскислителей. Помимо
этого, для сварки углеродистых и низколегированных сталей
разработан ряд порошковых проволок.
165
Сварочные проволоки выпускают с покрытием тонким слоем
меди и без него. На поверхности проволоки, а также в надрывах
поверхностного слоя имеется технологическая смазка, состоя-
щая в основном из мыла. В некоторых случаях проволоки
покрывают антикоррозионными смазками, которые вносят в
зону дуги водород и азот (табл. 46). В результате снижается
стабильность процесса, повышается разбрызгивание, ухудшает-
ся формирование и понижается ударная вязкость металла шва.
Особенно ухудшается процесс сварки в углекислом газе при
наличии на проволоке ржавчины и нитрата натрия, вводимого
в состав некоторых смазок.
Механическая очистка и травление проволоки лишь немного
повышают стабильность процесса и уменьшают содержание
водорода в шве. В наибольшей степени удалить водород и азот
из проволоки, повысить ударную вязкость шва, улучшить ста-
бильность процесса и формирование шва, а также уменьшить
разбрызгивание можно путем прокалки проволоки при темпера-
туре 150—250° С в течение 1,2—2 ч. Наличие на проволоке ржав-
чины приводит к резкому снижению стабильности процесса и
повышению разбрызгивания. Для удаления ржавчины рекомен-
дуется травление проволоки или механическая очистка с после-
дующей прокалкой 1,5—2 ч при температуре 150—250° С.
Установлено, что механические свойства металла шва, вы-
полненного в углекислом газе, зависят также от диаметра элек-
тродной проволоки и режима сварки [21, 46 и др.]. При исполь-
зовании проволоки Св-08ГС и Св-08Г2С диаметром до 1,2 мм
металл шва на углеродистых сталях общего назначения обла-
дает высокими механическими свойствами, такими же как при
использовании электродов Э50А, Э55 (табл. 47), и содержит
небольшое количество шлаковых включений (рис. 61).
При использовании проволок большого диаметра (1,6—4 мм)
несколько снижается.ударная вязкость металла шва (табл. 48).
Это объясняется, ло-видимому, более высокой интенсивностью
металлургических реакций, приводящих к большим количествам
и размерам неметаллических включений, более грубой структу-
ре шва, а в ряде случаев к большему содержанию водорода и
азота в шве. Для получения швов с высокой ударной вязкостью
рекомендуется проволока Св-08Г2С, которую необходимо прока-
ливать в течение 1,5—2 ч при температуре 200—250° С. Для
получения швов для особо тяжелых условий работы при
температурах ниже —60° С используют порошковые проволоки,
например ПП-АН-4 и др. Проволока Св-12ГС диаметром более
1,6 мм для сварки металла средних и больших толщин непри-
годна, так как не обеспечивает достаточно плотных швов и в
кратерах образуются горячие трещины. При выполнении сварки
жестких соединений проволоками Св-08Г2С и Св-08ГС во избе-
жание образования трещин следует полностью заваривать кра-
теры. При сварке жестких соединений на металле большой тол-
166
Таблица
Содержание водорода и азота в металле шва при сварке в углекислом газе (постоянный ток, обратная полярность)
(21, 46, 48, 103]
Содержание аэота. % 0,0045 0.004 1 1 1 1 1 1 | 0,05-0,06 1 0,01-0,015 0,006 1
Содержание водорода * 1 1 1 1 1 1 1 1 0,0011 | 1000*0 1
мл на 100 г металла шва 2.0 8* 1 2,3 СЧ 4,13—4,43 2,50—2,80 1 ,20—1 ,30 0,68—0,72 5*9-0 4 1 3,6-5,2 3.2-4.3 Г1-Г, 1.2-1 ,6
Напряжение. В 19—21 21—22 1 1 1 1 23-36 23-35 СО ( аС СЧ
Сила сварочного тока. А 100—150 120—180 1 1 1 1 200-500 С а 1 е 0 1 300—380 |
Углекислый газ Неосушенный 1 1 £ 3 - г I Э Э Неосушенный Осушенный Осушенный* А А А С 2 3 £ С 1 X Осушенный А А
Подготовка проволоки Механическая очистка о А * Без очистки Механическая очистка Отжиг при 250— 300° С и последующая механическая очистка То же Без очистки Me х а и и чес каяоч и стка То же Отжиг при 150—200° С 2 ч | Отжиг при 350° С , СО, 0,022—0,062%.
Марка и диаметр проволоки, мм СвОвГС 0 0,8 Св-08ГС 0 1,2 СвЮГСМТ 0 1,0 Св-08Г2С 0 1,0 Св-08Г2С 0 1,6-2,0 • Влажность
167
Механические свойства металла швов, выполненных в углекислом |азе проволоками диаметром 0,5—1,2 мм
щины, выполняемых за несколько проходов, корневой шов
целесообразно сваривать проволоками диаметром до 1,2 мм.
Для сварки в смеси Аг + 5% О2 углеродистых сталей общего
назначения применяют те же проволоки, что и при сварке в уг-
лекислом газе. Однако при выборе марки проволоки следует
учитывать меньшую окислительную способность смеси Аг 4- 5%
О2 по сравнению с СО2 и соответственно больший переход мар-
ганца и кремния в шов. Для сварки в смеси Аг + 5% О2 однопро-
ходных швов на спокойных низкоуглсродистых сталях в отдель-
Рис. 61. Содержание неметаллических включений в шве при
сварке в углекислом газе, ручной дуговой и под флюсом
(сварка в углекислом газе на обратной полярности, прово-
лока Св-08Г2С, /С8 = 360380 A; UCB = 28 4- 30 В;
vCB =20 м/ч; сталь СтЗсп) [46, 55]
ных случаях можно использовать проволоки, не содержащие
кремний, например Св-08ГА.
Для сварки в углекислом газе низколегированных сталей
10ХСНД, 15ХСНД и 14ХГС применяют проволоки диаметром до
1,2 мм марок Св-08ГС и Св-08Г2С. При этом обеспечивается
получение такого же металла шва, как при использовании элек-
тродов Э50А, Э55. Отмечена зависимость свойств сварных сое-
динений от погонной энергии сварки и числа проходов. Стой-
кость швов, выполненных в углекислом газе при динамической
нагрузке, выше, чем швов, выполненных под флюсом. При вы-
полнении сварки проволоками диаметром 1,6 мм и более обычно
используют только проволоку Св-08Г2С, которую рекомендуют
нагревать 1,5—2 ч до температуры 200—250° С для удаления
водорода и азота. Для сварки стали 09Г2 рекомендуют проволо-
ку Св-08Г2С.
На практике для сварки ответственных конструкций из
углеродистых и низколегированных сталей проволоками диа-
метром 1,6 мм и более используют только проволоку Св-08Г2С,
которая обеспечивает получение плотных швов при сварке сое-
169
Механические свойства металла швов, выполненных в С02 проволоками диаметром 1,6—3 мм [21, 46, 71, 103]
170
динений, собранных с неравномерным зазором. Для сварки
ответственных конструкций, к которым предъявляют повышен-
ные требования по ударной вязкости при низких температурах,
можно использовать порошковые проволоки.
При неизбежных нарушениях газовой защиты (при сварке
на открытых площадках, при значительных зазорах и др.) для
сварки в углекислом газе углеродистых и низколегированных
сталей рекомендуется использовать проволоку Св-20ГСЮТ.
Для сварки углеродистых и низколегированных сталей в смеси
Аг 4- (20 — 25) % СО2 рекомендуются те же проволоки, что и для
сварки в углекислом газе. Для повышения коррозионной стой-
кости сварных соединений, выполненных в углекислом газе на
сталях 10ХСНД и 15ХСНД, эксплуатирующихся в морской во-
де, рекомендуется использовать электродные проволоки
Св-10ХГ2С, а также проволоку типа Св-10ХГ2С, дополнительно
легированную никелем [21].
Сварка стали ЗОХГСА в углекислом газе [21, 46]. Металл
толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок за один про-
ход; при этом шов легируется углеродом, марганцем, кремнием
и хромом за счет основного металла. Поэтому для сварки ис-
пользуют проволоки Св-ЮГСМ, Св-ЮГСМТ, Св-10ХГ2С,
Св-08ХГ2СМ, 15ХМА и Св-18ХГСА с содержанием не более
0,18% С. Режимы сварки выбирают обычно такие же, как и для
низколегированных сталей. Металл толщиной более 4 мм сва-
ривают с разделкой кромок за несколько проходов. Для сварки
используют проволоку Св-08ХЗГ2СМ, которая обеспечивает
получение высоких механических свойств после термической
обработки. Металл толщиной до 10 мм сваривают без предвари-
тельного подогрева, а более 10 мм —с предварительным подо-
гревом. Первый корневой шов можно сваривать проволоками
Св-08Г2С, Св-ЮГСМТ, Св-08ХГ2СМ.
Сварка теплоустойчивых сталей в углекислом газе [21]. Ста-
ли 15ХМА и 20ХМА используют для конструкций, работающих
при температурах до 520° С. Сваривать их рекомендуется прово-
локой Св-08ХГСМА с предварительным подогревом до 250—
300° С. После сварки соединение подвергают высокому отпуску.
Сталь 34ХМ и соединения ее со сталью 20ХЗМВФ рекомендуют
производить проволокой Св-08ХГСМФ с предварительным и со-
путствующим подогревом до температуры 350° С. После сварки
соединение подвергают термической обработке.
15. Сварка и наплавка чугуна
Изделия из ковкого и высокопрочного чугуна успешно свари-
вают и наплавляют в углекислом газе проволоками диаметром
0,8—1,4 мм Св-08ГС, Св-08Г2С, Нп-ЗОХГСА и порошковыми
проволоками без предварительного подогрева. В случае необхо-
димости получения металла шва, который можно обрабатывать
171
механически, используют проволоки Св-08ГС и Св 08Г2С. Свой-
ства сварного соединения зависят от силы тока, скорости сварки
и техники ее выполнения.
При сварке с силой тока 50—100 А, напряжением 18—*20 В
металл шва имеет феррито-перлито-сорбитную структуру. Зона
термического влияния и сплавления имеет трооститно-мартенсит-
ную структуру с участками ледебурита по линии сплавления.
Трещины в зоне термического влияния отсутствуют. При сварке
на больших токах в шве появляется .мартенсит и ледебурит, а
в зоне термического влияния — участки отбела и микротрещи-
ны. При повышении напряжения увеличивается доля чугуна
в металле шва и возможно образование трещин.
Для уменьшения доли основного металла в металле шва
наплавку производят с перекрытием предыдущего валика на 1/з
его ширины. Дугу при этом направляют на ранее наплавленный
металл. Скорости сварки и наплавки выбирают исходя из усло-
вия получения минимальной доли основного металла в металле
шва и допустимого разогрева детали. В отдельных случаях для
получения соединений с минимальным изменением структуры
зоны термического влияния сварку и наплавку производят «кас-
кадом» или с наложением отжигающих валиков. При этом
металл шва имеет феррито-перлитную структуру без заметных
изменений структуры в зоне термического влияния.
По данным Ф. И. Петренко, при наплавке проволокой
Нп-ЗОХГСА на высокопрочный чугун металл шва состоит из
троостита, мартенсита и остаточного аустенита. Твердость ме-
талла значительно выше, чем в первом случае. Сварку чугуна со
стальными деталями выполняют проволокой Св-08Г2С; режимы
сварки выбирают из тех же соображений, что и при сварке
чугуна. При сварке стальных и чугунных деталей встык и
внахлестку сварку часто выполняют с облицовкой чугуна путем
наплавки его кромок проволокой Св-08ГС или Св-08Г2С. При
выполнении основного шва улучшается структура облицовоч-
ного слоя и зоны термического влияния в чугуне.
Сварка в углекислом газе тонкой проволокой нашла приме-
нение в автомобильной и тракторной промышленности при
соединении стальных патрубков с чугунными фланцами, при
восстановлении изношенных деталей (ступиц колес, коленчатых
валов и др.) из ковкого и высокопрочного чугуна, при сварке
в сантехнике труб из серого чугуна [70].
Для холодной сварки серого чугуна в ИЭС им. Е. О. Патона
разработана порошковая проволока ППЧ-1, имеющая состав:
7,0—7,5% С; 4,0—4,5% Si; 0,4—0,8% Мп; 0,4—0,6% Ti и 0,6-
0,9% А1. Данная проволока с учетом окисления элементов
и разбавления основным металлом (у = 45-? 60%) при сварке
со средней силой тока [70] обеспечивает получение наплавленно-
го металла и зоны сплавления без отбела и трещин. Структура
металла шва — феррит с точечным и розеточным эвтектическим
172
графитом. Механические свойства металла шва близки к основ-
ному металлу. Использование в качестве защиты углекислого
газа—окислителя обеспечивает малое содержание в шве водо-
рода и малую склонность металла шва к образованию пор.
16. Сварка нержавеющих
и кислотостойких сталей
Сварка нержавеющих высокохромнстых сталей [21, 26]. При
сварке этих сталей в зоне термического влияния наблюдается
рост зерен и образование закаленного участка, обладающего
высокой твердостью и хрупкостью.
Стали 0X13 толщиной до 16—20 мм, 1X13 до 12 мм и
2X13 до 10 мм при малой жесткости соединений сваривают
без предварительного и сопутствующего подогрева. Для сварки
сталей 0X13 и 1X13 используют проволоки Св-10Х13 и Св-06Х14.
Металл шва обладает высокой прочностью и хрупкостью.
Для снижения прочности и повышения ударной вязкости до
значений, близких к основному металлу, необходим отпуск при
температуре 700° С. В случае невозможности выполнить терми-
ческую обработку после сварки сталь 0X13 рекомендуется сва-
ривать проволоками аустенитного класса Св-06Х25Н12ТЮ,
Св-13Х25Н18 и др., обеспечивающими получение аустенитио-
ферритных швов, обладающих высокой пластичностью. Сварные
соединения на сталях 1X13 и 2X13 требуют обязательного высо-
кого отпуска сразу же после сварки. При сварке стали 2X13
толщиной 10—12 мм без предварительного подогрева рекомен-
дуют использовать проволоку Св-08Х14ГТ, которая снижает ве-
роятность холодных трещин в шве и обеспечивает удовлетвори-
тельные механические свойства сварного соединения после
высокого отпуска.
Сталь Х17Н2 толщиной до 8,0 мм можно сваривать без пред-
варительного подогрева. В случае, когда сварные соединения не
подвергаются действию кислот, то для сварки можно использо-
вать проволоки Св-10Х13 и Св-06Х14, которые после отпуска при
700° С в течение трех часов обеспечивают получение швов, близ-
ких по механическим свойствам к основному металлу. При свар-
ке жестких соединений во избежание образования трещин в кра-
терах требуется их полная заварка. Если соединения на стали
Х17Н2 подвергаются действию кислот, то для сварки рекомен-
дуется использовать проволоку Св-08Х18Н2ГТ. После отпуска
при 700° С сварные соединения обладают вполне удовлетвори-
тельными механическими свойствами. Аустенитные проволоки
при сварке стали Х17Н2 не обеспечивают необходимых проч-
ностных и пластических свойств шва, поэтому эти проволоки
могут быть использованы только в тех случаях, когда соедине-
ния не испытывают значительных нагрузок.
173
Кислотостойкую сталь Х17 рекомендуется сваривать аусте-
нитными проволоками типов Х20Н15, Св-06Х25Н 12ТЮ и Х25Н18,
которые обеспечивают получение металла шва с удовлетвори-
тельными механическими свойствами. После сварки рекомен-
дуется отпуск при 760°С. Для сварки соединений, работающих
в кислотах, рекомендуется использовать проволоки Св-10Х17Т
и Св-06Х25Н 12ТЮ.
Сварка кислотостойких хромоникелевых сталей [21, 26, 43,
46, 52, 103]. Использование активных защитных газов (Аг 4- О2,
Аг + СО2, СО2) обеспечивает окисление водорода, кремния, се-
ры и фосфора в металле шва. В результате повышается стой-
кость швов против образования горячих трещин. Помимо этого,
Рис. 62. Микроструктура металла шва на стали 1Х18Н9Т, б =
= 3 мм, сваренного в углекислом газе проволокой — 2 мм,
марок Св-06Х19Н9Т (а) и Св-08Х20П9Г7Т (б). (X 130)
содержание силикатных включений в швах меньше, чем при
сварке под флюсом и ручной дуговой сварке. Недостатком при
сварке в активных газах является повышенная потеря титана
и снижение коррозионной стойкости, а также образование на
поверхности швов окисной трудноудал и мой пленки.
Одним из способов предотвращения образования окисной
пленки является подача небольшого количества флюса в зону
сварки. Флюс, расплавляясь покрывает тонким слоем шлака
шов и защищает его от окисления. При использовании порош-
ковой проволоки флюс вводится в составе сердечника. Для
сварки стали Х18Н9Т малых толщин однопроходными швами,
предназначенной для работы в слабоагрессивных средах, в ат-
мосферных условиях и ряде других случаев, можно использо-
вать проволоки Св-06Х19Н9Т и Св-08Х20Н9Г7Т; при этом ме-
талл шва имеет дезориентированную аустенитно-ферритную
микроструктуру (рис. 62), удовлетворительные механические
свойства и достаточно высокую стойкость против общей и меж-
кристаллитной коррозии. Состав металла шва зависит как от
рода активного газа, так и от состава электродной проволоки
(табл. 49).
174
Таблица 49
Химический состав металла сварного соединения на стали Х18Н9Т,
сваренного в различных активных газах
Объект исследования Защитный газ Химический состав, %
С Мп Si Сг Ni TI
Проволока СВ-06Х19Н9Т 0,08 0,99 0,59 18,5 9,60 0,55
Сталь Х18Н9Т — 0,09 0,90 0,50 18,0 10,21 0,50
Шов Аргон 0,08 0,95 0,54 18,2 9,83 0,48
» Аг 4- 1%О2 Аг + 5%О2 0,08 0,93 0,51 18,2 9,82 0,42
» 0.08 0,92 0,48 18,2 9,83 0,38
Аг 4- 20%О2 0,09 0,91 0,47 18,3 9,88 0,38
СО2 0,09 0,87 0,45 18,4 10,10 0,26
П р и м е ч а «не. Постоянный ток обратная полярность. /с = 230 + 280 А,
усв“25-27 В "св = 25 м ч, расход газа 12 л мин.
Потеря титана бывает наименьшей при сварке в смеси
Аг 4- 1 % О2. С увеличением кислорода, а также добавлением
СО2 потери титана увеличиваются.
При сварке в чистом углекислом газе его потеря максималь-
на. Содержание углерода в шве при сварке в углекислом газе
зависит от его содержания в проволоке. Так, при содержании
в проволоке 0,03—0,07% С содержание его в шве увеличивается
примерно до 0,08—0,12%. При содержании в проволоке
0,08—0,10% С содержание его в шве остается постоянным.
При содержании в проволоке более 0,12—0,14% С наблюдается
угар углерода.
Для сварки в углекислом газе сталей Х18Н9, Х21Н6,
Х17Н5Г9 и Х17Н4Г9 рекомендуют использовать электродные
проволоки Св-08Х20Н9С2БТЮ и Св-07Х18Н9ТЮ. Для сварки
сталей Х21Н6М2Т и Х17Н13М2Т рекомендуют проволоки
Св-06Х19Н10МЗТ и Св-06Х20Н11МЗТБ. Для сварки сталей
Х14Г14Н, Х14Г14НЗТ, Х17АГ14 необходимы проволоки, иден-
тичные по химическому составу свариваемой стали.
При выборе активного газа следует стремиться к получению
минимального количества брызг на свариваемом металле,
а также принимать меры к тому, чтобы брызги не приварива-
лись к кромкам. Для этого используют защитные щитки, покры-
вают кромки раствором мела и т. д.
Оборудование для сварки
в защитных газах
17. Источники питания
Сварка в защитных газах плавящимся электродом выполняется
только на постоянном токе. Используемые источники питания
можно разделить на две группы: электромашинные преобразо-
ватели (генераторы) и выпрямители. В каждой из групп ис-
пользуют источники, обладающие крутопадающими, полого-
падающими, жесткими и возрастающими внешними статически-
ми характеристиками. По динамическим свойствам источники
питания можно разделить на источники с низкими скоростями
нарастания силы тока короткого замыкания s=lO-r-
4-30 кА/с, со средними —— = 40 — 60 кА/с, с высокими
д/
—— = 70 -г- 200 кА/с и очень высокими —— > 200 кА/с.
М Л/
Кроме того, применяют специальные источники для питания им-
пульсной дуги.
Выбор статических и динамических характеристик источни-
ков диктуется видом процесса сварки. Так, для большинства
случаев сварки без коротких замыканий разрядного промежут-
ка, осуществляемых при ип = const рекомендуется использовать
источники питания с пологопадающими, жесткими или полого-
возрастающими статическими характеристиками и высокими или
средними скоростями нарастания силы тока короткого замыка-
ния [21]. Оптимальные для большинства случаев скорости равны
70—ПО кА/с. Указанные источники в наибольшей степени интен-
сифицируют саморегулирование дуги и обеспечивают высокую
стабильность процесса сварки.
Для сварки с крупнокапельным переносом и редкими
короткими замыканиями в углекислом газе, азоте, гелии или
аргоне проволоками диаметром более 1,6 мм рекомендуют ис-
пользовать источники с пологопадающей внешней характери-
стикой и низкими скоростями нарастания /кз или те же источ-
ники питания с падающими внешними характеристиками. При
176
сварке в аргоне проволоками больших диаметров (4—6 мм) на
малых и средних токах рекомендуют использовать источники
с крутопадающей внешней характеристикой в сочетании со сва-
рочными головками, имеющими автоматическое регулирование
скорости подачи проволоки [19. 94]. В этих случаях процесс про-
текает более стабильно, если саморегулирование дуги затормо-
жено. Помимо падающей внешней характеристики источника
питания, этому способствует так-
же понижение скорости нараста-
ния /к.з источника питания.
При сварке проволоками ма-
лых диаметров (0,5—1,4 мм) с
частыми короткими замыкания-
ми разрядного промежутка, ког-
да процесс фактически является
импульсным и источник питания
работает в переходном режиме,
рекомендуется использовать ис-
точники с пологопадающей или
жесткой внешней характеристи-
кой k 0,08 В,'А и высокими
скоростями нарастания /и,3 [21].
При этом для уменьшения раз-
брызгивания необходимо, чтобы
пики тока короткого замыкания
были небольшими. Некоторые ре-
комендуемые пределы оптималь-
ных скоростей нарастания /кз
для сварки в углекислом газе
приведены на рис. 63. Те же пре-
делы являются оптимальными
для сварки с частыми короткими
замыканиями в гелии и азоте
проволоками малых диаметров
(0,5—1,2 мм).
Опытом установлено, что при
Рис. 63. Оптимальные скорости
нарастания 1К,3 при сварке в
углекислом газе проволокой
Св-08Г2С при питании от вы-
прямителей типа ВС
сварке порошковыми прово-
локами, а также при сварке под флюсом источники питания
с пологопадающими внешними характеристиками и высокими
скоростями нарастания /кз обеспечивают высокую стабильность
процесса и высокое качество швов.
Сварочные выпрямители
Сварочные выпрямители обладают рядом преимуществ по
сраЕнению с электромашинными преобразователями и счи-
таются более перспективным типом источников постоянного
тока. К п. д. выпрямителей выше, чем у генераторов, масса
меньше, а стоимость эксплуатации значительно ниже. Работают
12 Заказ 1374 177
они более надежно, чем генераторы. К недостаткам выпрями-
телей можно отнести чувствительность к колебаниям сетевого
напряжения и сложность стабилизаторов напряжения.
6)
Рис. 64. Принципиальные
электрические схемы выпря-
мителей типа ВС-300 (а),
ВС-1000 (б) и ВДГ-301 (в):
МП — магнитный пускатель;
Mt — двигатель привода реак-
тивного делителя напряжения;
М — двигатель вентилятора
воздушного охлаждения; Вк1.
Вк2, ВкЗ. Вк4 — выключатели;
Вр — воздушное реле
Выпрямители типа ВС. Выпрямители ВС-200, ВС-300, ВС-400,
ВС-500 и ВС-600 (табл 50) построены по общей схеме
(рис 64,а) просты по устройству, надежны в работе. Они
состоят из понижающего трансформатора Тр с секционирован-
ной первичной обмоткой переключателей Вк1 и Вк.2, обеспечи-
вающих грубое и тонкое регулирование напряжения, выпрями-
178
тельного блока В, собранного из селеновых вентилей по
трехфазной мостовой схеме (А. Н. Ларионова), индуктивной ка-
тушки Др, двигателя М, вентилятора воздушного охлаждения и
воздушного защитного реле Вр.
Таблица 50
Технические характеристики выпрямителей серии ВС (напряжение сети 380 В)
Тип выпрямителя Номинальный ток при ПР-65%. А Максималь- ное напряже- ние холостого хода. В Пределы регулирования Число ступе- ней регули- рования напряжения к. П. Д., % Дополнитель- ная индуктив- ность, мГ
силы тока, А напряже- ния, В
ВС-200 200 28,5 30—200 17-26 6 70,0 0,22-0,26
ВС-300 300 43 30-300 19-38 24 71,5 0,25—0,35
ВС-500 500 54,5 50—500 20—45 27 75, oj 0,22-0,26 0,35-0,40
ВС-600 600 55 60-600 (60—700)* 20-40 (20-48)* 27 70, о{ 0,22-0,26 0,45-0,50
ВС-1000—1 1000 65 50-1000 17-48 — 75,0 Нет
ВС-1000-2 ♦ Модер 1000 НИЗНрОЕ 90 аннный 50—1000 вариант. 18—65 — 78.4 »
Переключатели обеспечивают симметричное изменение чис-
ла витков трансформатора и изменение напряжения холостого
хода через 0,5—1,2 В. Внешние характеристики выпрямителей
серии ВС пологопадающие (рис. 65). Переключение производят
при отключенной нагрузке. Выпрямители серии ВС обладают
высокими скоростями нарастания 1 /кз (рис. 66). Для снижения
скорости нарастания /кз последовательно в сварочную цепь
включают дроссели А-780 или А-885.
Выпрямители ВС-1000-1, ВС-1000-2 собраны по схеме, при-
веденной на рис. 64,6. Напряжение регулируется плавно трех-
фазным реактивным делителем напряжения Др в сочетании
со ступенчатым переключателем первичной обмотки трансфор-
матора переключателями Вк1 и Вк2. Диапазоны плавного регу-
лирования I—IV перекрывают друг друга (рис. 65, а). Техниче-
ские характеристики выпрямителей приведены в табл. 50.
В цепи выпрямленного тока выпрямителей ВС-1000 отсутствует
индуктивная катушка, поэтому выпрямители обладают очень
высокими скоростями нарастания /кз. Для получения стабиль-
ного процесса сварки в защитных газах при ведении процесса
с короткими замыканиями необходимо в сварочную цепь вклю-
чить последовательно индуктивность 2—2,5 мГ при сварке про-
волоками диаметром 1,6—4,0 мм и 0,15—0,3 мГ при сварке про-
волоками диаметром 1,0—1,4 мм.
1 Скорости нарастания /н.з здесь и ниже определены по методике, описан-
ной в работе [591.
12* 179
Выпрямители типа ИПП (табл. 51). Все выпрямители имеют
пологопадающую внешнюю характеристику с наклоном
0,0125—0,04 В/A. Выпрямители ИПП-120П и ИПП-300П имеют
одинаковое устройство. Они состоят из следующих основных
узлов: понижающего трехфазного силового трансформатора,
трехфазного вольтдобавочного трансформатора, трехфазного
автотрансформатора, основного селенового выпрямительного
блока, индуктивной катушки, включенной в цепь выпрямленного
-301 (г)
тока, вентилятора воздушного охлаждения и привода для плав-
ного регулирования напряжения. Выпрямители укомплектованы
пультом плавного дистанционного регулирования напряжения.
Изменение напряжения производится грубо вольтдобавочным
трансформатором, посредством его встречного (I ступень) или
согласного (II ступень) включения с основным трансформато-
ром, и плавно посредством автотрансформатора. Плавное изме-
нение напряжения можно выполнять под нагрузкой, а грубое —
только при отключенной нагрузке.
Выпрямители ИПП-500П и ИПП-1000П (табл. 51) отли-
чаются от выпрямителя ИПП-300П, у них силовой трансформа-
тор имеет секционированную первичную обмотку. Секциониро-
вание осуществлено путем изготовления части витков из тонких
180
медных пластин, изолированных друг от друга, по поверхности
которых перемещаются токосъемные щетки. Щетки переме-
щаются от электропривода. В остальном электрическая схема
их подобна выпрямителям ВС. Выпрямители ИПП-500П и
ИПП-ЮООП обладают высокими скоростями нарастания !кл.
Выпрямитель типа ВДГ-301 (табл. 51). Выпрямитель состоит
из трехфазного силового трансформатора Тр, селенового вы-
прямительного моста, состоящего из двух блоков Вк1 и Вк2, и

1600
1200
и^зоь
800
иг.ж=!9В
600
800
400
fl
h.3,
002
включен-
вы-
(б).
0.01 Q) 0,02
0,02 0,05 t,C
Рис. 66. Скорости нарастания /к.з
прямителей ВС-300 (а), ВС-500
ВС-600 (в), а также ВС-600 (L = 0,45X
X 10~3 Г) с последовательно
ним дросселем А-780 (г)
a) °*

дросселя Др (рис. 64, в). Дроссель имеет два отвода, соответ-
ствующие индуктивности 0,16 и 0,56 мГ. Напряжение регули-
руется грубо путем переключения витков вторичной обмотки
трансформатора Гр (три степени) и плавно в пределах каждой
ступени при помощи дросселя насыщения. Обмотки дросселя
включены последовательно с ВкЛ и Вк2 по схеме самонасыще-
ния. Обмотки смещения и управления охватывают все шесть
сердечников дросселя. Плавное изменение напряжения произ-
водится потенциометром R2 на выпрямителе и дистанционно.
Выпрямитель обеспечивает частичную компенсацию колеба-
ния сетевого напряжения за счет обмотки управления дросселя
насыщения от перекомпенсированного феррорезонансного ста-
билизатора напряжения (СИ).
181
Таблица 51
Технические характеристики выпрямителей
Тип выпрямителя Номинальный ток при Пр-65%. А 1 ° Пределы регулирования к. п. д. процесса, % Дополнитель- ная индук- тивность. мГ Масса, кг Г абарнтные размеры, мм
I Макси, ное на! ние хо. хода. СИЛЫ тока, Л напря- же- ния, в
ИПП-120П 120 30 40—120 14-19 19-24 73 0.3 180 930 X 600 X 850
ипп-зооп 300 50 60-300 16—28 28-40 75 0,3 255 956 x 660x1045
ИПП-500Л 500 63 80 —500 17—25 25-50 76 0,45 450 1200x1100x760
ИПП-1000П 1000 75 100—1000 20-30 30—60 81 — 850 —
ВДГ-301 300 46 40—350 16—30 72 — 210 697x960x755
ВДГ-502 500 60 60-500 16-40 90 — 370 4050 x 760 x 960
ВСУ-300 300* 50-330 68
65 17-35 320 910x612x960
200♦♦ 25—240 63
ВСУ-500 500* 68 90 -550 20-40 70 420 1186X953X1017
350" 50-350 -
66
ВД-101 125 68 20-125 —- 62 — 160
ВД-301 300 68 40—300 — 74 — 210
ВД-303 300 85 40—300 — 73 — 240 1125x836x745
ВД-102 125 60 20-125 — 58 — 160
ВД-302 300 60 50—300 — 68 — 205
• Жесткая внешняя характеристика.
** Падающая внешняя характеристика.
Для сварки с силой тока до 509 А разработан выпрямитель
типа ВДР-502 на кремниевых вентилях (табл. 51). Внешние ха-
рактеристики выпрямителя пологопадающие с небольшим по-
вышением напряжения на малых токах. Последовательно в цепи
выпрямленного тока установлен дроссель с двумя ступенями
регулирования индуктивности 0,16 и 0,56 мГ, обеспечивающими
изменение скоростей нарастания силы тока короткого замыка-
ния от 70 до 185 кА/с.
Выпрямители типов ВСС и ВД (табл. 51). Эти выпрямители
имеют крутопадающую внешнюю характеристику и одинако-
вую принципиальную электрическую схему. Выпрямители со-
стоят из трехфазного трансформатора с подвижными катуш-
ками первичной обмотки, выпрямительного блока, собранного
по трехфазной мостовой схеме А. Н. Ларионова, пускорегули-
рующей и защитной аппаратуры и воздушного охлаждения.
Выпрямительный блок выпрямителей ВСС-120-4, ВСС-300-3,
182
ВД-102 и ВД-302 собран из селеновых вентилей, а блок выпря-
мителей ВД-101, ВД-301 и ВДЗОЗ — из кремниевых вентилей.
Формирование крутопадающих внешних характеристик до-
стигается за счет повышенной индуктивности рассеивания сило-
вого трансформатора. Напряжение регулируется переключени-
ем обмоток трансформатора.
Преобразователи
Преобразователь типа ПС Г-500. Преобразователь состоит
из сварочного генератора и приводного асинхронного электро-
двигателя, смонтированных в одном корпусе, установленном на
Рис. 67. Внешняя статическая ха-
рактеристика (а) и скорости на-
растания /к з преобразователя
ПСГ-500 (б)
колесах. Генератор представляет собой четырехполюсную ма-
шину с независимым возбуждением и последовательной подмаг-
ничивающей обмоткой, которая обеспечивает получение жестких
или пологовозрастающих внешних характеристик (рис. 67, а).
Обмотка независимого возбуждения питается от сети через фер-
рорезонансный стабилизатор напряжения и селеновый выпря-
митель ВС. Напряжение генератора регулируется реостатом
в обмотке независимого возбуждения. Технические данные гене-
ратора преобразователя ПСГ-500 приведены в табл. 52. Гене-
ратор обладает высокими скоростями нарастания /кз
(рис. 67, б).
Преобразователи типа ПСУ-300 и ПСУ-500. Эти преобразо-
ватели также состоят из генератора и приводного электродвига-
теля, смонтированных в одном корпусе, установленном на коле-
сах. Генератор представляет собой машину постоянного тока с
обмоткой независимого возбуждения, состоящую из стабили-
затора, блока питания обмотки независимого возбуждения,
двухкаскадного усилителя и трансформатора стабилизатора.
Помимо описанных выше специальных преобразователей
ПСГ-500 и ПСУ, для сварки в защитных газах могут быть ус-
183
Таблица 52
Технические характеристики преобразователей и генераторов
Тип преобразо- вателя или генератора Номиналь- ный ток при ПР-60%. А Пределы регулирования Мощность номиналь- ная. кВт Частота вращения, об мин Масса, кг
напряже- ния, В силы тока. А
ПС Г-500 500 16—40 60—500 20 2930 500
ПСУ-300* 300 10-35 30-300 9 2890 300
ПСУ-500* 500 15-40 50—500 20 2890 500
ЗП-4/ЗО 133 16-36 15-150 4 2890 205
ЗП-7,5/30 250 16-36 30—300 7,5 2890 250
ГСР-9000 150 17-25 25—150 9 3000-9000 24
Г-74 107 17-25 25—130 3 1500—3500 48
• При жестких внешних характеристиках.
пешно использованы генераторы других назначений, например
АЗД-4/ЗО, АЗД-7,5/ЗО, 311-4/30, ЗП-7,5/30, ГСР-9000, ГСР-12000,
ГСР-18000 и др., а также сварочные преобразователи ПС-300,
ПСО-ЗОО, ПС-500, ПСО-500, ПС-1000, ПСМ-1000 как в переде-
ланном виде, так и без переделок [21, 50].
Преобразователи типа ЗП-4/ЗО и ЗП-7,5/30 (см. табл, 52).
Эти преобразователи предназначены для зарядки аккумулято-
ров. Они представляют собой машину постоянного тока с шун-
товой обмоткой возбуждения. При сварке их используется
с самовозбуждением, с самовозбуждением и угольным регуля-
тором напряжения, а также с независимым питанием обмотки
возбуждения от отдельного маломощного выпрямителя [21].
Преобразователи обладают высокими скоростями нараста-
ния /к.з и пологопадающими внешними характеристиками. Их
успешно используют при сварке в углекислом газе тонкими про-
волоками с частыми короткими замыканиями, а также в других
газах. Преобразователи типа ЗП-4/ЗО рекомендуется применять
при сварке в углекислом газе металла небольшой толщины.
Генераторы типа ГСР и Г-74 (см. табл. 52). Эти генераторы
представляют собой малогабаритные машины постоянного тока
с параллельным возбуждением, работают они с угольными или
релейными регуляторами напряжения [21], обладают жесткими
внешними характеристиками и высокими скоростями нараста-
ния /кз. Гегенераторы успешно используют для сварки в угле-
кислом газе, гелии и аргоне тонкими проволоками. В связи с
малыми массой и габаритными размерами эти генераторы целе-
сообразно использовать на подвижных постах, а также пере-
движных сварочных установках.
Переделка преобразователей ПС-300 и ПС-500. Переключе-
ние производят переключением обмоток возбуждения на
184
независимое питание от отдельного выпрямителя с сохранением
полярности полюсов. Затем в генераторе ГС-300 изменяют
направление вращения якоря. Наклон внешних характеристик
изменяют сдвигом щеток. Напряжение регулируют изменением
силы тока в обмотке независимого возбуждения реостатом.
В генераторе ГС-500 для получения пологопадающих внешних
характеристик последовательную размагничивающую обмотку
возбуждения отключают, а для получения жестких и пологовоз-
растающих характеристик ее переключают так, чтобы магнит-
ный поток в ней совпадал с направлением магнитного потока
в обмотке независимого возбуждения.
Напряжение генератора регулируют изменением силы тока
в обмотке независимого возбуждения. Скорость нарастания /кз
обоих генераторов как до переделки, так и после переделки
средняя. Поэтому в переделанном виде преобразователи ПС-300
и ПС-500 используют при сварке в защитных газах без коротких
замыканий. При необходимости использования для сварки в уг-
лекислом газе тонкими проволоками (диаметром 0,5—1,2 мм) с
частыми короткими замыканиями необходимо повысить ско-
рость нарастания /к.з» что может быть достигнуто применением
специальной приставки 06-458 [21].
Дроссели типов А-780, А-780М, А-885
Дроссели предназначены для снижения скорости нарастания
/к.з сварочных выпрямителей серии ВС и ИПП до 15—20 кА/с.
Дроссели представляют собой индуктивную катушку с желез-
ным сердечником. Обмотка дросселя секционирована, что позво-
ляет получить три значения индуктивности, три скорости нара-
стания /к.з. Индуктивность дросселей изменяется ориентировоч-
но от 0,5 до 2,5 мГ.
Устройство дросселей А-780М и А-885 одинаково, отличаются
они обмотками: дроссели А-780 имеют обмотку из медной
шины, а А-885 — из алюминиевой. Дроссель А-780 отличается
от А-780М и А-885 наличием контактора КМ-600Д и реле вре-
мени, обеспечивающих шунтирование большей части витков
контактором на протяжении 1,5—3 с в начале сварки, что об-
легчает первоначальное установление процесса сварки. Шунти-
рование целесообразно главным образом при питании сварочных
автоматов.
Приставка типа 06-458
Приставка типа 06-458 предназначена для повышения
скоростей нарастания /кз преобразователей типа ПС-300,
ПСО-ЗОО, ПС-500 и ПСО-500, необходимых для сварки в угле-
кислом газе и гелии тонкими проволоками на режимах
с частыми короткими замыканиями. Приставка представляет
185
собой маломощный трехфазный выпрямитель с индуктивностью
0,2 мГ в цепи выпрямленного тока. Напряжение холостого хода
равно 15 В [21]. Приставка подключается параллельно генера-
торам. Поскольку напряжение холостого хода приставки ниже,
чем напряжение сварки, то она работает только в моменты ко-
ротких замыканий, обеспечивая повышение скорости нарастания
/к.з до 90—110 кА/с.
Многопостовые системы питания сварочных постов
При массовом использовании сварки в углекислом газе целе-
сообразно применение многопостового питания. Можно выде-
лить следующие случаи массового применения сварки в угле-
кислом газе.
1. Сварка проволоками диаметром 0,8—1,4 мм или 1,6—
2,0 мм на одинаковых или близких между собой напряжениях.
При этом часто сварку выполняют в следующих пределах по
напряжению: 17—24 В; 28—34 В или 36—48 В.
2. Одновременная сварка проволоками диаметром 1.0—
1,4 мм и 1,6—2,0 мм на отличающихся между собой напряжени-
ях, например 18—24 В и 28—34 В (а иногда до 48 В).
Системы многопостового питания в этих случаях будут раз-
личными. При выборе системы многопостового питания следует
исходить из конкретных условий сварки и условий предприятия.
В случаях, когда сварку выполняют на режимах с частыми
короткими замыканиями разрядного промежутка (когда ста-
бильность процесса, разбрызгивание и формирование шва
обусловливаются определенными скоростями нарастания /к.3),
в цепь каждого сварочного поста необходимо включать индук-
тивность, которая уменьшает влияние одного поста на другие
(рис. 68, а, б, в, г). Величина постовой индуктивности зависит
от динамических характеристик источника питания и в среднем
для сварки проволоками диаметром 0,8—1,4 мм берется равной
0,15—0,25 мГ. Если же процесс сварки ведут без коротких за-
мыканий или с редкими короткими замыканиями, индуктивность
в цепь поста не включают.
При двухдуговой сварке на одинаковых режимах регули-
рование режима выполняют одновременно на обеих дугах
изменением напряжения источника питания. В этом случае
могут быть использованы схемы, показанные на рис. 68, а, б, в.
Последняя схема (рис. 68, в) обеспечивает меньшее влияние
постов друг на друга. При выполнении сварки на близких
режимах напряжение холостого хода источника питания уста-
навливают по максимальному необходимому напряжению свар-
ки. Настройку напряжения на постах производят малогабарит-
ными постовыми балластными реостатами, обеспечивающими
падение напряжения до 4—6 В (рис. 68, г, д, е). При работе
сварочных постов на режимах, значительно отличающихся друг
186
от друга, напряжение на постах регулируют балластными ре-
остатами [50]. В ряде случаев может оказаться более выгодным
устройство многопостовой системы с двумя отдельными шино-
проводами на различное напряжение, питаемыми от отдельных
Рис. 68. Схемы
многопостового
питания при свар-
ке в защитных га-
зах: от преобразо-
вателя ПСГ-500
при сварке с час-
тыми короткими замыканиями (а); от выпрямителя типа
ВС-600 (б); о: выпрямителя ВС 600 с разделенным выпря-
мительным блоком (в); от преобразователя ПСМ-1000
с регулятором напряжения PH (г); от выпрямителя типа
ВС-1000 или ВКСМ-1000 при сварке без коротких замыка-
ний (б) с двумя раздельными шинопроводами для сварки
с частыми короткими замыканиями и без них (е):
Я — якорь генератора; ОВШ . ОВС — обмотки возбуждения
источников (см. рис. 68, е) [38]. Для выбора лучшего варианта
в конкретных случаях требуется экономический анализ обоих
вариантов.
В качестве источников питания многопостовых систем могут
быть использованы как генераторы, так и выпрямители с жест-
кими внешними характеристиками. Из выпускаемых промыш-
187
ленностью могут быть использованы преобразователи ПСГ-500,
ПСМ-1000 и выпрямители ВС-600, ВС-1000, ИПП-1000,
ВКСМ-1000, ВДМ-1601 и ВДМ-3001. Для обеспечения нормаль-
ной работы преобразователя ПСМ-1000 рекомендуют использо-
вать стабилизатор напряжения (рис. 68, г). Кроме стандартных
источников питания можно использовать специальные выпрями-
тельные установки большой мощности на 5000 А типа
ВДМ-5000, разработанные в ИЭС им. Е. О. Патона.
Источники питания для импульсно-дуговой
сварки плавящимся электродом
Источники питания, используемые для импульсно-дуговой
сварки плавящимся электродом, состоят из двух блоков: источ-
ника постоянного тока и генератора импульсов. Блок постоян-
ного тока обеспечивает стабильное горение дуги и течение про-
цесса, а также установку заданного режима сварки. Импульс-
ный блок генерирует импульсы строго определенных парамет-
ров, необходимых для изменения и управления процессом,
и обеспечивает наложение их на разрядный промежуток.
Существующие генераторы импульсов для сварки плавящим-
ся электродом можно разделить на следующие типы:
1) без накопления энергии, формирующие импульсы из це-
лой полуволны или части полуволны переменного тока различ-
ной частоты или из постоянного тока;
2) с накоплением энергии в емкости;
3) с накоплением энергии в индуктивности.
По режиму работы существуют генераторы импульсов, рабо-
тающие по жесткой наперед заданной программе и работающие
по программе с обратной связью от процесса сварки.
По типу генерируемых импульсов:
1) источники униполярных импульсов одинаковых пара-
метров;
2) источники, генерирующие группу униполярных импульсов
различных наперед заданных параметров;
3) источники, генерирующие импульсы неодинаковой вели-
чины, задаваемые блоком управления с обратной связью от ха-
рактера процесса;
4) источники импульсов переменной полярности.
По конструктивному исполнению существуют генераторы
импульсов статические и вращающиеся. Рассмотрим некоторые
типы источников питания для импульсно-дуговой сварки плавя-
щимся электродом.
В источниках питания с накоплением энергии в индуктивно-
сти блок постоянного тока и генератор импульсов обычно
включены последовательно. Простейшим источником питания
такого типа является выпрямитель с индуктивной катушкой
в цепи выпрямленного тока, например типа ВС. При сварке тон-
188
кими проволоками в углекислом газе и гелии на режимах с час-
тыми короткими замыканиями, когда сила тока в цепи изме-
няется в значительных пределах, индуктивная катушка работает
как генератор импульсов с обратной связью от процесса сварки.
Вторым примером источников данного типа является источник с
вращающимся индуктивным генератором импульсов [50], также
включенный последовательно с блоком постоянного тока. Боль-
шие возможности генераторов импульсов с индуктивным нако-
пителем энергии пока еще не реализованы.
Рис. 69. Электрическая схема источника питания с генератором импуль-
сов на основе неуправляемого (а) и управляемого (б) вентилей во вто-
ричной и первичной цепи трансформатора при параллельном (в) и сме-
шанном (г) включениях с источником постоянного тока:
СГ — сварочный генератор; ИП — сварочный выпрямитель; ТрИ — импульсный
трансформатор; Д и Д1 — неуправляемый и управляемый вентили; БУ — блок
управления; Др — индуктивность
Генераторы импульсов с накоплением энергии в емкости и
без накопления энергии в большинстве случаев изготовляют
статическими и включают параллельно блоку постоянного тока
(рис. 69). В качестве блока постоянного тока используют обыч-
ные сварочные выпрямители и генераторы постоянного тока
с жесткой, пологопадающей или крутопадающей внешней харак-
теристикой. Для сварки тонкого металла, а также в ряде слу-
чаев наплавки целесообразно использовать источники постоян-
ного тока с крутопадающей внешней характеристикой
£>—0,10 В/A, в остальных случаях — источники с пологопа-
дающей внешней характеристикой.
Динамические свойства блока постоянного тока имеют
существенное значение при ведении импульсного процесса с ко-
189
роткими замыканиями и значительно меньшее при сварке без
них. Однако для быстрого установления процесса сварки целе-
сообразно в обоих случаях использовать источники, имеющие
скорости нарастания силы тока короткого замыкания 50—
ПО кА/с.
Для обеспечения нормальной работы максимально допусти-
мое напряжение выпрямителя постоянного тока должно быть
выше, чем напряжение импульсов. В противном случае возмо-
жен пробой вентилей. Поскольку обратное напряжение выпря-
мителей с пологопадающей внешней характеристикой невелико,
то обычно генераторы импульсов снабжают схемами защиты,
обеспечивающими отключение генератора импульсов на холо-
стом ходу. При использовании в качестве блока постоянного то-
ка генераторов для предупреждения шунтирования импульсов
тока якорем генератора в цепь якоря последовательно включают
защитный вентиль. В качестве защитного вентиля используют
кремниевые и германиевые вентили, реже блок селеновых вен-
тилей, имеющие обратное напряжение не менее 150 В и рассчи-
танные на сварочный ток.
Генераторы импульсов без накопителя энергии. Генератор
импульсов с шунтируемым сопротивлением состо-
ит из источника постоянного тока с жесткой или пологопадаю-
щей внешней характеристикой сопротивления и блока переклю-
чателя [96, 97]. Периодическое кратковременное шунтирование
сопротивления приводит к импульсному повышению напряжения
и силы тока. В качестве переключателей используют механиче-
ские вращающиеся коммутаторы, малогабаритные силовые кон-
такторы с блоком управления и другие устройства.
Генератор импульсов на основе неуправ-
ляемого выпрямителя изготовляют однополупериод-
ным или двухполупериодным (рис. 69, а) [97]. Такой генератор
обеспечивает получение импульсов длительностью, близкой
к длительности полуволны питающего напряжения. Для полу-
чения импульсов тока длительностью 4,8—5,0 мс необходима
частота сети 100 Гц, а длительностью 2,0—2,1 мс — 450 Гц.
Генератор импульсов на основе управляемо-
го выпрямителя имеет выпрямительный мост, набранный из
управляемых, обычно кремниевых, вентилей. Генератор этого
типа изготовляют однофазным — однополупериодным, двухпо-
лупериодным или трехполупериодным (рис. 69,6 ), при этом
получают частоту следования импульсов, равную соответственно
одинарной, удвоенной и утроенной частоте питающей сети.
Длительность импульсов может изменяться примерно от
длительности полуволны питающей сети. Параметры импульсов
можно регулировать изменением коэффициента трансформации,
угла включения управляемого вентиля и индуктивности Др
в импульсной цепи. По данной схеме изготовлен генератор им-
пульсов типа ГИ-ИДС-1 [56], предназначенный для и.мпульсно-
190
дуговой сварки в инертных газах плавящимся электродом
алюминия, меди, титана и их сплавов, нержавеющих и углеро-
дистых сталей. Характеристики генератора типа ГИ-ИДС-1 при-
ведены в табл. 53.
Таблица 53
Технические характеристики, промышленных генераторов импульсов
Характеристика Тип генератора
ИИП-1 ИИП-2 ГИ-ЙДС-1 ГИД-1
Свариваемые материа- Сплавы Цветные металлы, высоколегирован-
лы алюминия ныс и конструкционные стали
Диаметр электрода, мм 1,6-2 Медь, титан 0,8-1,2 0,8-2,5 0,8-2,5 0,8-2,5
Защитный газ Аргон Аргон, смеси Ar + О, Аг + СО2
(до 20%), Ar-|-N2 (до 25%), гелий
Частота генерирования импульсов, имп./с Диапазон регулирова- ния: 50 50 50 и 100 50 и 100
/и> А 400—850 500-1000 500-1200 400-1200
*и. мс Число ступеней регу- лирования: 1,5-2,0 1,6-2,8 1,8-3,5 1,5—3,0
/и 3 3 3 Плавное
^и 4 4 3
Потребляемая мощ- ность, кВА 5 10 11,3—15,2 11
Габаритные размеры, 444х700х 580X680X 520Х510Х 730X774X
мм Х895 Х910 Х800 Х1185
Масса (не более), кг 180 250 160 200
Генератор импульсов с управляющим преры-
вателем в цепи первичной обмотки трансформа-
тора показан на рис. 69, в. Наиболее часто в качестве
управляющего прерывателя используют электронные или ион-
ные управляемые выпрямители, включенные встречно-парал-
лельно [50]. В отдельных случаях в качестве управляющего
прерывателя используют дроссели насыщения [84]. В зависимо-
сти от конкретной электрической схемы исполнения генератор
обеспечивает возможность получения разнообразной программы
изменения силы тока импульсов.
При использовании в качестве прерывателей игнитронов
или кремниевых вентилей генератор обеспечивает получение
импульсов тока длительностью от ‘/ь до 2/3 и более длительности
полуволны питающего напряжения. Параметры импульсов
можно регулировать изменением угла открытия управляющих
прерывателей, коэффициента трансформации трансформатора,
191
индуктивного и активного сопротивлений первичной и вторичной
цепей. Частота следования импульсов задается блоком управ-
ления прерывателей и схемой включения выпрямительного
моста генератора импульсов. Включение одного плеча выпрями-
тельного блока на сопротивление /?, по величине близкого
к сопротивлению дуги согласно схеме, показанной на рис. 71,
позволяет в 2 раза уменьшить частоту следования импульсов.
На генераторах данного типа могут быть получены частоты
следования импульсов 200, 150, 100, 50, 33, 25 имп./с и менее.
Блок управления прерывателями обычно работает по жесткой
программе, независимой от процесса сварки. По данной схеме
устроен серийный генератор импульсов типа ГИД-1 (табл. 53).
Генераторы импульсов с емкостными накопителями энергии.
Генераторы с емкостными накопителями энергии по сравнению
с генераторами без емкости обеспечивают возможность получе-
ния импульсов значительно меньшей длительности (от 0,5 мс
при 50 Гц питающей сети) и ведения процесса сварки с обрат-
ной связью. Эти генераторы обычно имеют меньшую мощность
и требуют менее мощной питающей сети при тех же параметрах
импульсов, поскольку накопление энергии происходит за более
длительное время, чем ее расходование.
Рис. 70. Электрическая схема генератора импульсов типа ИИП-2:
Тр1 и Тр2 — основной и вспомогательный трансформаторы; Д1, Д2, ДЗ —
неуправляемые выпрямители; Д4 — управляемый диод типа УПВК-150;
Cl — С5 — конденсаторы; Bl — ВЗ — выключатели; PI — воздушное реле;
Р2. РЗ — реле блока зашиты; Вк — контакт воздушного реле; Rl — R3 —
сопротивления; М — двигатель воздушного охлаждения; Пр1 — Пр9 — пре-
дохранители; Др — дроссель
Генератор импульсов с емкостью и управ-
ляемым диодом в цепи вторичной обмотки
трансформатора (56, 97] наиболее широко используется в
промышленности. Генераторы импульсов изготовляют однофаз-
ными с частотой следования 50 и 100 имп./с и трехфазными
со 150 имп./с. По этому принципу устроены серийно выпускаемые
генераторы типа ИИП-1 и ИИП-2 (табл. 53).
Электрическая схема обоих генераторов одинакова (рис. 70).
192
Дроссель Др служит для уменьшения скорости нарастания силы
тока импульса и некоторого увеличения длительности импульсов.
Схема защиты состоит из реле Pl, Р2 и потенциометра R4
и обеспечивает автоматическое прекращение подачи импульсов
при прекращении сварки и при случайных длительных коротких
замыканиях. Величину импульса тока и его длительность регу-
лируют путем изменения зарядного напряжения, изменяя коэф-
фициент трансформации трансформатора, емкости батареи
конденсаторов С, выполняемых ступенчато при помощи пере-
ключателей Вк1 и Вк2. Различаются генераторы главным обра-
зом мощностью трансформатора и емкостью, обеспечивающими
получение различных импульсов тока.
Генератор типа ИПП-1 предназначен для сварки в инертных
газах алюминиевых сплавов толщиной более 2,5 мм проволока-
ми диаметром 1,6—2,0 мм и может быть использован для сварки
меди и нержавеющих сталей в аргоне проволоками диаметром
0,8—1,2 мм. Генератор типа ИПП-2 предназначен для сварки
алюминия, меди, титана и их сплавов в аргоне и гелии, а также
нержавеющих и углеродистых сталей в аргоне, аргоне с кисло-
родом и гелии проволоками диаметром 0,8—2,5 мм. При необхо-
димости увеличения частоты следования импульсов при исполь-
Рис. 71. Электрическая схема источника
питания с генератором импульсов, с ем-
костью и управляемым прерывателем
в первичной цепи трансформатора:
Тр — сварочный трансформатор; В, Bl. В2 —
выпрямительные блоки; ТИ — импульсный
трансформатор; Др — дроссель выпрямителя;
И1, И2 — игнитронные прерыватели; С —
емкость; Rl, R2, R3 — сопротивления; Вк —
переключатель; Др!, Др2 — индуктивные
сопротивления; БУ1, БУ2 — блоки управле-
ния
зовании генераторов ИИП их подключают параллельно на
соседние фазы питающей сети.
Генератор импульсов с емкостью и управляе-
мым прерывателем в цепи первичной обмотки
трансформатора (рис. 71) позволяет получать разнообраз-
ные программы импульсов тока. Наличие емкости, разряжаемой
с удвоенного напряжения питающей сети, обеспечивает возмож-
ность получения импульсов тока длительностью от 0,5 мс и более
]3 Заказ 1374 jg^
и величиной до 3000 А. В качестве переключателей обычно ис-
пользуют игнитроны и реже управляемые кремниевые вентили,
которые включают встречно-параллельно. Включают генератор
импульсов параллельно, последовательно и смешанно (часть
параллельно, а часть последовательно) с блоком постоянного
тока аналогично схеме, показанной на рис. 69. Помимо описан-
ной схемы, емкость в цепи переменного тока может быть под-
ключена параллельно первичной обмотке импульсного трансфор-
матора, а в качестве управляемого переключателя использован
дроссель насыщения. Изменение параметров импульсов осу-
ществляется дросселем Др цепи первичной обмотки трансфор-
матора.
Рис. 72. Электрические схемы источников питания с генераторами им-
пульсов, работающих по схеме с обратной связью с прерывателями в це-
пи разряда (а) и в цепи зарядки и разряда (б):
Д. Д1, Д2 — управляемые вентили (диоды); ВЗ — зарядный выпрямитель
Генераторы импульсов с емкостным накопите-
лем энергии, работающие по схеме с обратной
связью от процесса сварки, показаны на рис. 72.
Зарядка емкости генератора, приведенного на рис. 72, а, про-
изводится от трехфазного выпрямителя высокого напряжения
ВЗ. Питание зарядной цепи постоянным током с малой пуль-
сацией напряжения обеспечивает стабильность параметров
импульсов при значительных изменениях времени между пода-
чей отдельных импульсов. Генератор импульсов с зарядным и
разрядным управляемыми диодами (рис. 72, б) обеспечивает
получение импульсов в широком диапазоне параметров. Генера-
тор импульсов, имеющий управляемый диод только в цепи
разряда емкости (рис. 72,а), а в зарядной цепи — ограничи-
тельное сопротивление R, обеспечивает получение импульсов
тока в значительно более узком диапазоне параметров.
Управление разрядом емкости осуществляется блоком
управления от блока обратной связи. В качестве обратной связи
могут быть использованы различные схемы. Наиболее часто
используют ждущие мультивибраторы с реле времени. Сигна-
лом на подачу импульса принимают резкое изменение напря-
жения при коротких замыканиях цепи.
194
18. Аппаратура
Аппаратуру для сварки в защитных газах разделяют: по
назначению — на специальные станки-автоматы, сварочные
установки, самоходные автоматы-трактора, полуавтоматы и при-
ставки — сменные узлы для изменения назначения аппарата; по
диаметру используемой проволоки — на аппараты для сварки
проволоками малых диаметров (0,5—1,4 мм), диаметров 0,8—
2,0 мм и больших диаметров (1,6 мм и более).
Полуавтоматы, помимо этого, разделяют по роду выпол-
няемых технологических операций на однорежимные и двухре-
жимные, а по устройству механизма подачи электродной
проволоки на полуавтоматы толкающего, тянущего и толкающе-
тянущего типов.
Сварочные аппараты совместно с газовой аппаратурой и
источником питания должны обеспечивать качественное начало
шва; устойчивое течение процесса сварки, постоянство режимов
сварки; качественное окончание шва.
Для получения сварного соединения высокого качества при
сварке в защитных газах прежде всего необходимо обеспечить
надежную защиту зоны сварки газом. Для этого требуется по-
давать газ за 1—3 с до начала сварки. Это обеспечивает полное
оттеснение воздуха от начала шва. Прекращать подачу газа
следует после полного затвердевания кратера шва. При сварке
на малых и средних режимах прекращение подачи газа осу-
ществляют через 2—3 с после обрыва дуги, а на больших режи-
мах — через значительно большее время.
В аппаратах для сварки в защитных газах используется не-
сколько способов осуществления начала сварки.
1 способ. Процесс начинается без предварительного зако-
рачивания электрода с изделием путем одновременного вклю-
чения электродвигателя подачи проволоки к изделию и подачи
напряжения источника питания на электрод. Этот способ наибо-
лее приемлем для сварки проволоками диаметром 0,5—2,5 мм.
При сварке проволоками больших диаметров следует использо-
вать дополнительные приемы для ускорения зажигания дуги,
например закорачивание электрода через металлическую струж-
ку и др. Для качественного начала сварки необходим источник
питания с высокими скоростями нарастания тока короткого
замыкания.
11 способ. Процесс начинается с закорачивания электрода
на изделие с последующей подачей на электрод напряжения
источника питания и отдергиванием электрода от изделия, на-
пример реверсированием электродвигателя механизма подачи
проволоки. После зажигания дуги электродная проволока по-
дается к изделию. Этот способ пригоден для сварки проволо-
ками диаметром 2,0 мм и более и совершенно неприемлем для
сварки проволоками диаметром 0,5—1,2 мм.
13* 195
Ill способ. При этом способе электрод находится под
напряжением холостого хода источника питания. Процесс свар-
ки начинается с закорачивания электрода с изделием, после
чего автоматически включается электродвигатель подачи прово-
локи и начинается сварка. Этот способ при сварке в защитных
газах не обеспечивает получения качественного начала шва.
Устойчивое течение процесса сварки в защитных газах
плавящимся электродом в большинстве случаев достигается
при постоянной скорости подачи электродной проволоки и под-
держании постоянным напряжения дуги и вылета электрода.
Качественное окончание шва предполагает получение нор-
мального конца шва с заваренным кратером без дефектов и
состояние аппарата, пригодного для начала сварки следующего
шва без дополнительных настроечных операций. При сварке на
малых токах в большинстве случаев можно заварить кратер, не
изменяя режима сварки. При сварке на больших токах для за-
варки кратера обязательно необходимо уменьшать скорость
подачи проволоки и напряжение источника питания. Прекра-
щать процесс можно только после заварки кратера. В сущест-
вующих аппаратах применяются следующие основные способы
прекращения процесса сварки.
I способ. Прекращение сварки осуществляется раздельным
последовательным выключением электродвигателя механизма
подачи электродной проволоки и снятием напряжения с электро-
да после обрыва дуги. Этот способ рекомендуется для боль-
шинства случаев сварки в защитных газах. В станках-автома-
тах, а также при сваркц, коротких и точечных швов на автоматах
и полуавтоматах прекращение сварки одной детали или одной
точки можно производить выключением электродвигателя меха-
низма подачи проволоки без снятия напряжения с электрода.
В этих случаях прекращение сварки может производиться также
остановкой электродной проволоки путем отжатия прижимного
ролика, без выключения электродвигателя механизма подачи
проволоки и снятия напряжения с электрода.
II способ. Процесс сварки прекращается одновременным
отключением контактора и электродвигателя механизма подачи
электродной проволоки. Для качественного прекращения сварки
без «примерзания» электрода к изделию необходима быстрая
остановка электродной проволоки. Недостатком этого способа
является подгорание контактов контактора, размыкающего сва-
рочную цепь под током. Способ не рекомендуется для исполь-
зования.
III способ. Прекращение процесса сварки производится
принудительным растягиванием дуги до обрыва путем измене-
ния направления движения конца электродной проволоки до
обрыва дуги, остановки проволоки и последующего снятия
напряжения с электрода. Этот способ приемлем только для
автоматической сварки проволоками диаметром более 1,6 мм и
196
совершенно недопустим при полуавтоматической сварке, когда
дуга растягивается отведением держателя от кратера шва без
выключения подачи проволоки.
Установка для сварки в защитных газах плавящимся элек-
тродом состоит из ряда узлов (рис. 73). Рассмотрим конструк-
тивное исполнение некоторых основных узлов, определяющих
надежную работоспособность установки в целом.
Сварочная горелка. Горелка предназначена для подвода к
месту сварки проволоки, тока и защитного газа. Горелка —
сменный инструмент. Конфигурация и размеры горелок, их уст-
ройство должны соответствовать типоразмеру свариваемой
детали. Универсальные горелки наименее удобны. По назна-
чению горелки разделяют на горелки для автоматической и для
Рис. 73. Схема сварочного пос-
та для сварки в защитных га-
зах плавящимся электродом:
1 — сварочная горелка; 2 ~~ ме-
ханизм подачи проволоки; 3 —
запас электродной проволоки; 4 —
аппаратура управления; .5 — ис-
точник питания; 6 — запас защит-
ного газа; 7 - дозирующая и из-
мерительная газовая аппаратура;
S — газовый клапан; 9 — свари-
ваемое изделие
полуавтоматической сварки; по устройству — на горелки без
охлаждения, с воздушным охлаждением и водяным охлажде-
нием.
Обычно для сварки в углекислом газе горелки с охлажде-
нием делают на силу тока свыше 300 А, а в аргоне—свыше
150 А.
Простейшая горелка для сварки тонкой стальной проволокой
(рис. 74, а) состоит из двух медных трубок, вставленных друг
в друга с зазором, стальной спирали, концевых втулок, токопод-
водящего наконечника и газового сопла. Ток подводится
к токоподводу по трубкам, газ проходит по зазору между этими
же трубками. Проволока подается по спирали. Для надежной
подачи тонкой стальной проволоки целесобразно, чтобы спираль
имела строго определенное отверстие, зависящее от диаметра
проволоки (табл. 54).
Известно, что для обеспечения стабильного процесса сварки
тонкой проволокой необходимо обеспечить постоянство вылета
электрода. Рекомендуемые вылеты электрода приведены
в табл. 54. Увеличение вылета более указанных значений при-
водит к повышению разбрызгивания и нарушению стабильности
процесса, а уменьшение — к разбрызгиванию и подгоранию то-
коподводящего наконечника. Для поддержания постоянства
вылета необходимо обеспечить постоянный контакт проволоки
в одной и той же части токоподводящего наконечника. Токопод-
197
водящие наконечники обычной конструкции с прямым отвер-
стием для сварки в углекислом газе проволоками диаметром
0,8—1,2 мм непригодны.
Конструкция токоподводящих наконечников зависит от фор-
мы мундштука (рис. 75,а). К изогнутым мундштукам, в которых
Рис. 74. Горелки для автоматической сварки в защитных газах на малых (а),
средних (б) и больших (в) токах:
/ — токоподводящий наконечник; 2 — сменное газовое сопло; 3 — корпус горелки; 4 —
полость для прохода охлаждающей воды; 5 — накидная гайка; 6 — изоляционная
втулка; 7 — токоподводящий мундштук; 8 — стальная спираль или сменный канал с
внутренним отверстием различного диаметра; ,9 — фиксатор-распылитель газа; 10 —
отверстия для выхода газа; II — газовая камера; 12 — отверстия для прохода газа в
канал для проволоки; 13 — лабиринтовое уплотнение из текстолитовых шайб; 14 и
15 — концевые втулки
Таблица 54
Рекомендуемые диаметры отверстия в спиралях для подвода проволоки
и вылеты1 электродов марок Св-08ГС и Св-08Г2С
</э. мм 0,6 0.8 1 .0 1 .2 1 ,< 1.6 2.0
Внутренний диаметр спирали, мм 1-1,2 1,4-2,0 1,6-2,5 1,8-2,5 2,0-2,5 2,2—3,0 2,5-4,0
Вылет, мм * При сварке 5-10 с обычн 6—12 ыми вылет 7-13 ами. 8-15 10—20 12—25 15—30
198
электродная проволока на выходе из токоподвода изгибается
в кольцо, рекомендуются наконечники с одним токоподводом,
выравнивающим проволоку. Контакт проволоки с наконечником
Рис. 75. Токоподводяшие наконечники для изогнутых и прямых го-
релок. применяемые на серийных аппаратах для сварки проволоками
= 0,5 4- 1,2 мм (а) и используемые на заводах для сварки прово-
локами = 0,8 4- 1,2 мм (б) и da = 1,6 4- 2,5 мм (в):
I — электродная проволока; 2 — контактный сапожок; 3 — наконечник:
4 — мундштук; 5 — газовое сопло
в одном месте достигается благодаря пружинящим свойствам
самой проволоки. К мундштукам, в которых проволока не изги-
бается в одном направлении, рекомендуют наконечники с двумя
токоподводами. Один токоподвод изгибает проволоку, а второй
199
выравнивает ее. Эти токоподводы рекомендуется применять
в горелках для автоматической сварки.
На производстве находят применение токоподводы различ-
ных конструкций (рис. 75, б,в). Токоподводы для сварки прово-
локами диаметром более 1,6 мм делают обычно с прямым отвер-
стием (рис. 75,в). Для улучшения контакта с проволокой ось
отверстия для прохода проволоки в мундштуке и в токопод-
воде несколько смещают относительно друг друга. Следует
отметить, что такие токоподводы быстро выходят из строя,
поэтому во всех случаях целесообразно использовать токопод-
воды с принудительным, например пружинным, контактом, что
важно также при сварке алюминиевой и титановой проволокой.
Горелки для сварки проволоками диаметром более 1,6 мм
изготовляют точеными из латуни (рис. 74,б,в), внутренний ка-
нал для прохода проволоки делают стальным, стальным эмали-
рованным, керамическим или кварцевым.
При сварке алюминиевыми проволоками в аргоне на токе
большой силы желательно охлаждать не только корпус горел-
ки, но и тело мундштука и токоподвод. Надежность газовой
защиты в значительной степени определяется конструкцией
горелки. Признано, что струя газа должна истекать из сопла
горелки сплошным равномерным потоком. С этой целью отвер-
стия для выхода газа в сопло располагают перпендикулярно
оси горелки (см. рис. 36 и 74,а), делают газовые камеры с мел-
кими отверстиями (рис. 74,6, в), устанавливают на пути газа
специальные «газовые линзы» из набора сеточек или пористые
керамические перегородки (см. рис. 36).
Сопла делают обычно цилиндрическими или слегка конус-
ными, что обеспечивает более равномерное истечение газа [71].
Наибольшее распространение получили цилиндрические медные
сопла. Керамические сопла применяют в отдельных случаях при
сварке с малой силой тока. Металлические сопла следует изо-
лировать от токоведущих частей горелки.
Держатели для полуавтоматической сварки. Такие держате-
ли изготовляют молоткового и пистолетного типа. Первые на-
шли наибольшее применение при сварке стальными проволока-
ми, а вторые — мягкими алюминиевыми. Принципиальное
устройство держателей к полуавтоматам такое же, как у опи-
санных выше горелок.
При сварке в аргоне с большой силой тока и в других защит-
ных газах целесообразно принудительное охлаждение держате-
лей, что позволяет значительно уменьшить массу и размеры
держателей. Систему охлаждения в ряде случаев рационально
делать автономной с охлаждением и подогревом охлаждающей
жидкости.
Держатели пистолетного типа целесообразно делать с пово-
ротной и съемной ручкой, что значительно облегчает сварку.
Держатели соединяют с подающим механизмом гибким шлан-
200
гом, по которому подаются к держателю проволока, газ и ток.
Шланги изготовляют в виде одного рукава, в котором размеще-
ны все элементы, и составными, состоящими из нескольких
отдельных частей.
Большинство шлангов для сварки с малой силой тока
(рис. 76, а) состоят из резиновой трубки 12, внутрь которой
помещен сменный канал 5 для подвода электродной проволоки;
Рис. 76. Держатели с гибким шлангом к полуавтоматам А-547у на 300 А
(а), ПРМ-2 (б) и А-537р (в):
1 — токоподвод; 3 — сопло; 3 — отверстие выхода газа; 4 — щель для прохода
газа; 5 — канал для подвода проволоки; б — токоведущие трубки; 7 — изоляция;
в — рукоятка; 9 — сборочные хомуты; 10 — токоведущий провод; 11 — газовая
трубка; 13 — резиновая трубка; 13 — наружная стальная спираль; 14 — провода
кнопки «Пуск»; 15 — кнопка «Пуск»: 16 — рычаг кнопки «Пуск»; /7 — изоляцион-
ная втулка; 18 — газовый вентиль; 19 — фиксатор поворота ручки, 20 — защитный
щиток
токоведущего провода 10, часто изготавливаемого из медных
оплеток, надетых на стальную спираль 13; трубки 11 для подво-
да защитного газа, изготовляемой из морозостойкого хлорвини-
ла, и проводов 14, кнопки «Пуск» 15, расположенной на держа-
теле.
Канал для подачи стальной электродной проволоки обычно
изготовляют из стальной пружинной проволоки, а для подачи
алюминиевой проволоки — из толстостенной фторопластовой
или тефлоновой трубки, а также спирали из стальной проволо-
ки, покрытой полиэтиленом низкого давления. Такие шланги
удобны в работе и достаточно гибки. При сварке с силой тока
201
более 300 А применяют составные шланги (рис. 76,6, в). Гиб-
кость такого шланга выше, чем цельного. В шлангах с водяным
охлаждением токоведущий провод помещают в трубку с охла-
ждающей жидкостью, в результате чего сечение берут намного
меньше, чем у неохлаждаемого. Помимо этих шлангов, на про-
изводстве успешно используют шланги, изготовляемые из шланга
типа КШ-5.
Из остальных узлов на работоспособность полуавтоматов
большое влияние оказывает конструкция узла механизма пода-
чи электродной проволоки. Особое значение это имеет
в полуавтоматах для сварки тонкими проволоками (</э =
= 0,5— 1,2 мм) и мягкими алюминиевыми проволоками. В пер-
вом случае надежная подача проволоки достигается при помо-
щи подающих роликов без канавки с тупой мелкой насечкой
Для предупреждения смещения проволоки с ролика в механиз-
ме установлены направляющая и приемная трубки. Эти трубки
необходимо устанавливать на минимальном расстоянии от роли-
ков, а также на прямой, перпендикулярной оси вращения роли-
ков и касательной к окружности одного из роликов.
Ролики с насечкой повреждают проволоку, увеличивают
сопротивление проталкиванию проволоки, ускоряют износ
шланга и держателя и требуют их частой очистки. Поэтому во
всех случаях, где это можно, следует применять ролики без на-
сечки. Хорошие результаты при сварке стальной проволокой
дает использование роликов из титана, роликов с шероховатой
поверхностью и канавкой с углом раскрытия 90°, а также две
пары последовательно расположенных подающих роликов.
Для надежной подачи алюминиевой проволоки, проталки-
ваемой по фторопластовому каналу, рекомендуется использо-
вать только гладкие ролики. Целесообразно использование двух
пар подающих роликов.
Станки-автоматы
Сварка в защитных газах позволяет полностью автоматизи-
ровать процесс сварки различных изделий, в том числе и малых
размеров. Учитывая это, строят станки-автоматы, предназначен-
ные для сварки однотипных деталей массового производства.
Для примера рассмотрим некоторые из станков-автоматов.
Станок-автомат типа Р-912 (рис. 77) предназначен для свар-
ки деталей с кольцевыми швами диаметром 4—280 мм при вер-
тикальной оси вращения детали. Сварку можно выполнять
проволоками диаметром 0,5—1,4 мм на токах до 250 А. Станок-
автомат состоит из следующих основных узлов: сварочной
головки 1 с горелкой 2; трехпозиционного поворотного стола 4
со свободно вращающимися зажимными устройствами 3; ста-
нины 5, в которой смонтирована электроаппаратура управления
станком, и вертушки 6 с запасом проволоки.
202
Сварочная головка изготовлена на базе подающего
механизма полуавтомата типа ПШ-54 и обеспечивает подачу
электродной проволоки со скоростями от 79 до 600 м/ч. Скорость
вращения детали может изменяться от 1 до 30 об/мин. Поворот
Рис. 77. Станок-автомат типа Р-912 (а) и детали,
сваренные на нем (б)
стола из одного рабочего положения в другое, а также установ-
ка и снятие деталей осуществляются вручную. Электрическая
схема станка обеспечивает возможность выполнения сварки по
следующим циклам:
1) вручную — начало и окончание сварки детали произво-
дится оператором;
203
2) по полуавтоматическому циклу — начало сварки детали
производится оператором, а окончание сварки — автматически;
3) по автоматическому циклу — начало и окончание сварки
детали происходит автоматически.
Максимальная мощность, потребляемая станком, 6,2 кВт.
На рис. 77, б показаны детали, сваренные на станке Р-912.
Производительность сварки аналогичных деталей на станке до
15 раз выше, чем при выполнении вручную. Применение станка
вместо пайки деталей в высокочастотных печах не изменяет
производительности, но существенно снижается стоимость работ
и капитальные затраты на оборудование.
Станок-автомат типа Р-899 предназначен для сварки тонко-
стенных пустотелых шаров диаметром около 200 мм. Сварку
можно выполнять проволокой диаметром 0,8—1,2 мм. На станке
автоматически осуществляется сборка, сварка и выброс готовых
шаров.
Станок-автомат типа Р-936 предназначен для сварки корпу-
сов паяльных ламп.
Станок-автомат типа Р-964 предназначен для сварки коль-
цевых швов на деталях диаметром 20—300 мм при длине до
1500 мм и горизонтальной оси вращения детали. Станок имеет
две сварочные головки. Сварку можно выполнять проволокой
диаметром 0,8—2,0 мм.
Станок-автомат типа У-73 предназначен для сварки аморти-
заторов. Закрепление деталей, сварка и выброс детали авто-
матизированы. Производительность станка 200 деталей в час.
Мощность станка около 6 кВт.
Кроме описанных станков-автоматов разработано много
других типов станков для сварки тонкостенных труб, статоров
электродвигателей, бобин для текстильных станков, приварки
резцедержателей к коронкам буровых долот и других деталей.
Сварочные установки
Сварочные установки предназначены для сварки однотипных
изделий мелкосерийного и индивидуального производства.
Обычно установки состоят из сварочной головки (самоходной
или подвесной) и манипулятора или вращателя. Сварку выпол-
няют проволоками диаметром 0,8—5,0 мм. Сварочные головки
имеют как постоянную скорость подачи проволоки, так и авто-
матически регулируемую.
Подвесная головка типа А-489 построена на базе сварочной
головки типа А. Предназначена она для сварки проволоками
диаметром 1,6—5,0 мм с силой тока до 1200 А, имеет постоянную
скорость подачи электродной проволоки, регулируемую ступен-
чато в пределах 74—370 м/ч.
Подвесная двухдуговая головка типа А-603 предназначена
для сварки кольцевых поворотных швов. Она представляет
204
собой раму, на которой установлены две сварочные головки.
Первая головка предназначена для сварки корневого шва на
весу в вертикальном положении сверху вниз проволоками диа-
метром 0,8—1,2 мм, вторая — для сварки остальной части шва
проволоками диаметром 1,6—2,5 мм. Обычно сварку выполняют
в нижнем положении. Обе головки укреплены на суппортах,
позволяющих выполнять настройку головки на сварку кольце-
вых швов различных диаметров.
Подвесная головка типа АГП-2 предназначена для однодуго-
вой сварки алюминия, титана и других металлов. Она состоит
из сварочной головки с постоянной скоростью подачи электрод-
ной проволоки, пульта управления, аппаратного шкафа с элек-
троаппаратурой управления. Сварка может производиться
проволоками диаметром от 1,0 до 3,0 мм с силой тока до 400 А.
Скорость подачи электродной проволоки изменяется плавно
в пределах 100—800 м/ч.
Головка установлена на кронштейне с суппортами, обеспе-
чивающими установочное перемещение горелки.
В установках в качестве сварочных головок часто приме-
няют подающие механизмы полуавтоматов А-547У, А-825, А-537,
ПШ-5, ПДПГ-500 и др.
Рассмотрим несколько типичных установок для сварки
в защитных газах.
Установка типа АРК-2 предназначена для автоматической
сварки плавящимся и неплавящимся электродом углеродистых
и нержавеющих сталей, титана, алюминия, магния и их сплавов.
На установке можно сваривать продольные швы длиной до
1800—2500 мм и диаметром до 1500—3000 мм *. Сварку можно
выполнять на постоянном токе до 500 А и переменном до
300 А. Установка состоит из вертикальной колонны, поворотной
консоли, самоходной сварочной головки, перемещающейся по
консоли, и шкафа с электроаппаратурой управления. Консоль
может поворачиваться вокруг колонны на 360° и подниматься
по колонне. Сварка плавящимся электродом производится про-
волоками диаметром 1,0—2,5 мм. Сварочная головка имеет по-
стоянную скорость подачи электродной проволоки, не завися-
щую от напряжения дуги. Скорость подачи изменяется плавно
от 10 до 800 м/ч, а скорость сварки — от 10 до 85 м/ч. При свар-
ке плавящимся электродом установка комплектуется преобразо-
вателем постоянного тока.
Установка типа А-811 предназначена для сварки кольцевых
швов диаметром 924—1160 мм. Установка состоит из сварочной
головки типа А-489, колонны, поворотной консоли, вращателя и
аппаратуры управления. На установке предусмотрена непре-
рывная сварка полуколец диафрагм турбин. Для этого стол
1 Выпускается несколько типов: АРК-2-11, АРК-2-12, АРК-2-21
и АРК-2-22, — отличающихся размером колонны и консоли [71].
205
поворачивается на половину окружности и обратно без переры-
ва сварки.
Установка типа А-959 предназначена для сварки тракторных
колес. Она состоит из вращателя, двух сварочных головок,
построенных на базе полуавтомата А-537 и установленных на
двух телескопических суппортах, и аппаратуры управления.
Установка типа Р-922М предназначена для наплавки наруж-
ных и внутренних цилиндрических поверхностей деталей
диаметром 29—645 мм и длиной до 1200 мм. Она состоит из
сварочной головки с постоянной скоростью подачи электродной
проволики, станины, которая может наклоняться, и вращателя,
закрепленного на станине. Головка установлена на суппорте,
который связан ходовым винтом с механизмом вращения. Ско-
рость вращения детали изменяется плавно в пределах
10—40 м/ч.
Сварочные автоматы — тракторы
Сварочный автомат типа АДПГ-500. Этот автомат предназна-
чен для сварки проволокой диаметром 0,8—2,5 мм с силой тока
до 500 А. Сварочная головка автомата с постоянной скоростью
подачи электродной проволоки установлена на четырехколесной
тележке, имеющей отдельный привод. Автомат может переме-
щаться как по направляющей, так и по изделию. Скорость пода-
чи электродной проволоки изменяется плавно от 90 до 960 м/ч,
а скорость сварки — от 15 до 70 м/ч. Габаритные размеры ав-
томата 570 X 265 X 425 мм, масса 22 кг без проводов. Аппара-
тура управления смонтирована в отдельном шкафу. Автомат
имеет выносной пульт управления.
Сварочный автомат типа ТС-35. Универсальный автомат
типа ТС-35 предназначен для сварки под флюсом и в защитных
газах проволоками диаметром 1,6—5,0 мм с силой тока до
1000 А. Сварочная головка автомата с постоянной скоростью
подачи электродной проволоки; скорость подачи изменяется от
50 до 500 м/ч, а скорость сварки — от 12 до 120 м/ч. Масса
автомата — 45 кг (без проволоки).
Приставки к сварочным тракторам ТС-17М, ТС-17р и
АДС-1000. С целью использования для сварки в защитных га-
зах серийных автоматов типа ТС-17М и ТС-17р разработано
несколько специализированных приставок:
А-534—для сварки в углекислом газе проволоками диамет-
ром 1,6—2,0 мм;
А-611—для сварки проволоками диаметром 0,8—1,2 мм;
А-770 — для сварки проволоками диаметром 1,0-—2,0 мм
с поперечными колебаниями электрода. Колебания можно про-
изводить с амплитудой до 8 мм и частотой от 4 до 20 колебаний
в секунду;
206
А-931—для сварки проволоками диаметром 1,0—4,0 мм
с поперечными колебаниями электрода. Амплитуда колебаний
изменяется плавно от 0 до 10 мм, а частота — от 6 до 18 коле-
баний в секунду. Эту приставку можно также использовать
совместно с подвесными головками, например типа А-489.
С целью использования для сварки в защитных газах авто-
матов типа АДС-1000 и АДС-1000-2 необходимо устанавливать
на них вместо флюсового бункера и мундштука горелку для
сварки в защитных газах. Помимо этого, в большинстве случаев
необходима переделка электрической схемы на постоянную ско-
рость подачи электродной проволоки.
Полуавтоматические установки
Полуавтомат типа А-547у (рис 78). Однорежимный полу-
автомат А-547у толкающего типа предназначен для сварки
проволоками диаметром 0,6—1,:
а также может быть использо-
ван для сварки проволокой
диаметром 1,4 мм. В комплект
полуавтомата входят: четыре
держателя со шлангами (два
малых и два больших); пере-
носной подающий механизм;
пульт управления; газовая ап-
паратура и выпрямитель типа
ВС-300.
Малый держатель исполь-
зуют для сварки с силой тока
до 150 А без охлаждения; мас-
са около 150 г. Сопло и на-
ружные части держателя изо-
лированы от токоведущих час-
тей. Гибкий шланг имеет дли-
ну около 1500 мм. Большой
держатель (см. рис. 76, а) при-
меняют для сварки с силой то-
ка до 300 А также без охла-
мм с силой тока до 270 А,
Рис. 78. Полуавтомат типа А-547у
с выпрямителем ВС-300
ждения. Масса держателя око-
ло 250 г. Длина шланга
2500 мм. Механизм подачи
электродной проволоки мало-
габаритный, смонтирован вместе с катушкой для проволоки
в небольшом чемодане, который можно переносить за ручку
или на ремне через плечо. Масса подающего механизма без про-
волоки 5,7 кг. На катушке помещается 3,5 кг проволоки. Ско-
рость подачи электродной проволоки изменяется плавно от 148
207
до 530 м/ч путем изменения числа оборотов электродвигателя
и смены подающего ролика. Электрическая схема полуавтомата
обеспечивает последовательное раздельное отключение электро-
двигателя подачи проволоки и контактора КМ-400Д после обры-
ва дуги за счет параллельного подключения к обмотке контак-
тора емкости и сопротивления.
Особенностью электросхемы является то, что вся аппарату-
ра полуавтомата питается непосредственно от сварочной цепи
и в аппаратуре управления нет высокого напряжения. В подаю-
щем механизме установлен газовый клапан, который совместно
с редуктором-расходомером дроссельного типа обеспечивает
надежную защиту места сварки газом в начальный период
процесса сварки.
Для улучшения обдува целесообразно газовый шланг между
подающим механизмом и редуктором брать эластичным. Элек-
трическая схема задержки отключения контактора обеспечивает
подачу газа после обрыва дуги всего до 0,8 с. При сварке в угле-
кислом газе с малой силой тока этого достаточно. При сварке
со средней силой тока, а также в аргоне этой задержки уже
недостаточно. Поэтому необходимо подключать газовый клапан
непосредственно к источнику питания через реле времени, обе-
спечивающее задержку отключения газового клапана до 2 с
после обрыва дуги.
Пульт управления полуавтомата малогабаритный (350 X
X 250 X 90 мм); монтируют его обычно на передней стенке вы-
прямителя ВС-300 в специальном окне. При этом вентилятор
выпрямителя охлаждает также элементы электросхемы
полуавтомата.
Полуавтомат типа А-825. Однорежимный полуавтомат тол-
кающего типа предназначен для сварки в углекислом газе про-
волоками диаметром 0,8—1,2 мм с силой тока до 250 Л. В ком-
плект полуавтомата входят: два держателя со шлангами типа
ДШГ-1, переносной подающий механизм, пульт управления,
газовая аппаратура и источник питания (ВС-300 или
ПСГ-500).
Держатель типа ДШГ-1 предназначен для сварки проволо-
ками диаметром 0,8—1,2 мм с силой тока до 300 А, без водяного
охлаждения. Шланг длиной 2,5 м составной, состоит из стально-
го гуммированного канала типа КН-1 для подачи электродной
проволоки, токоведущего кабеля, газоподводящей трубки и
проводов кнопки «Пускэ. Подающий механизм массой 10,6 кг
(без катушки с проволокой) можно крепить к сварочному столу,
свариваемому изделию или закреплять на деревянной панели.
Скорость подачи изменяется плавно в пределах 120—620 м/ч.
Пульт управления малогабаритный. Электрическая схема
полуавтомата подобна электрической схеме полуавтомата
А-547у.
Полуавтомат типа А-929. Этот полуавтомат толкающего ти-
208
па, предназначен для сварки в углекислом газе на двух заранее
установленных режимах, переключаемых дистанционно кноп-
кой «Пуск», установленной на держателе. Сварку можно выпол-
нять проволоками диаметром 0,8—2,0 мм с силой тока до
350 А. В комплект полуавтомата входят: два держателя типа
ДШГ-1 и ДШГ-2, переносной подающий механизм, катушка для
проволоки, малогабаритный пульт управления, устанавливае-
мый у источника питания, газовая аппаратура и преобразова-
тель типа ПСГ-500. Держатель ДШГ-2, предназначенный для
сварки проволоками диаметром 1,6—2,0 мм с силой тока до
350 А, состоит из четырех отдельных частей: канала для прово-
локи, токоведущего кабеля, газоподводящей трубки и проводов
к кнопке «Пуск». Длина шланга держателя 3,0 м.
Подающий механизм переносной (масса 10,5 кг без катушки
с проволокой) конструктивно подобен механизму полуавтомата
А-825. Скорость подачи электродной проволоки может изме-
няться в двух пределах: от 120 до 280 м/ч и от 250 до 620 м/ч.
Требуемые режимы сварки подбирают заранее. Нажатием
кнопки «Пуск» включается подача проволоки и начинается
сварка на большем режиме, при отпускании кнопки «Пуск»
происходит переключение полуавтомата на меньший режим
сварки. Оканчивают сварку растягиванием дуги до обрыва,
после чего отключается двигатель подачи проволоки и силовой
контактор. Такой прием окончания процесса сварки является
основным недостатком полуавтомата, который следует устра-
нять при работе.
Полуавтомат типа ПДПГ-500. Однорежимный полуавтомат
ПДПГ-500 толкающего типа предназначен для сварки прово-
локами диаметром 0,8—2,0 мм с силой тока до 500 А. В ком-
плект полуавтомата входят два держателя типов ГДП-5 и
ГДП-6 на токи до 150 и 500 А, подающий механизм, аппаратный
шкаф, газовая аппаратура и преобразователь типа ПСГ-500.
Держатель ГДП-5 без водяного охлаждения используют при
сварке проволоками диаметром 0,8—1,2 мм. Шланг держателя
конструктивно близок к шлангу полуавтомата Л-547у. Длина
шланга 3,0 м.
Держатель ГДП-6 с водяным охлаждением предназначен
для сварки проволоками диаметром 1,6—2,0 мм. Шланг держа-
теля составной, его длина 3,0 м. Расход охлаждающей воды
должен быть 250—300 л/ч. Подающий механизм переносной,
малогабаритный, массой 10,4 кг (без катушки с проволокой),
скорость подачи электродной проволоки регулируется плавно
от 150 до 720 м/ч. Электрическая схема полуавтомата обеспе-
чивает постоянную независимую от напряжения сварки ско-
рость подачи электродной проволоки. Скорость подачи прово-
локи регулируется автотрансформатором, переключателем П и
установкой сменных шестерен. Включение и выключение сварки
осуществляется кнопкой ВС. Электросхема обеспечивает пред-
14 Заказ 1374 209
варительную подачу газа за 1—2 с до начала сварки, а также
подачу газа в течение 2—3 с после обрыва дуги.
Полуавтоматы типа ПДА-180 и ПДА-300. Эти полуавтоматы
однорежимные, толкающе-тянущего типа предназначены для
сварки алюминиевой проволокой в инертных газах: ПДА-180 —
для сварки проволокой диаметром 1,0—1,2 мм с силой тока до
180 А; ПДА-300 — для сварки проволокой диаметром
1,6—2,0 мм с силой тока до 300 А. Полуавтоматы состоят из дер-
жателя, подающего механизма и аппаратного шкафа. Электрод-
ная проволока подается механизмом толкающего типа, установ-
ленным в переносном чемодане, и механизмом тянущего типа,
размещенным в держателе.
Держатель полуавтоматов — пистолетного типа. Тянущий
механизм увеличивает размеры и массу держателя и снижает
маневренность полуавтоматов. Держатели имеют водяное охлаж-
дение. Электрическая схема полуавтоматов обеспечивает син-
хронную работу тянущего и толкающего механизмов. Скорость
подачи электродной проволоки изменяется плавно: от 180 до
660 м/ч в полуавтомате ПДА-180 и от 120 до 420 м/ч в полу-
автомате ПДА-300. В этих полуавтоматах обеспечивается
предварительная, до сварки, и последующая, после обрыва дуги,
подача газа.
Полуавтомат ПШП-10. Этот полуавтомат тянущего типа, од-
норежимный, предназначен для сварки в инертных газах мягки-
ми проволоками диаметром 1,0—2,5 мм с силой тока до 300 А.
Полуавтомат состоит из держателя с гибким шлангом, перено-
сной катушки для электродной проволоки и переносного
аппаратного ящика. Скорость подачи проволоки изменяется
плавно от 150 до 650 м/ч,
Держатель—пистолетного типа с водяным охлаждением.
В держателе смонтирован малогабаритный механизм подачи
электродной проволоки тянущего типа. Масса держателя около
1700 г. С целью улучшения работы полуавтомата на подвижных
постах при сварке алюминия рекомендуется использовать ка-
тушку ранцевого типа и заменить стальной канал для подачи
электродной проволоки от катушки к держателю каналом из
толстостенной фторопластовой трубки с внутренним диаметром
4—6 мм.
Полуавтомат типа ПШП-21. Этот полуавтомат однорежим-
ный, толкающего типа; предназначен для сварки алюминиевой и
стальной проволокой диаметром 1,0—2,5 мм с силой тока до
300 А. Полуавтомат состоит из малогабаритного держателя
молоткового типа с гибким шлангом, переносного подающего
механизма и аппаратного ящика. Равномерная подача электрод-
ной проволоки без пробуксовки и сминания достигается приме-
нением двух пар гладких подающих роликов и направляющего
канала из фторопластовой трубки. Гибкий шланг составной.
210
Электрическая схема полуавтомата обеспечивает постоян-
ную скорость подачи электродной проволоки от 100 до 1000 м/ч;
предварительную, до начала сварки, и последующую, после
обрыва дуги, подачу газа. Начало и окончание сварки осущест-
вляется кнопкой «Пуск», расположенной на держателе.
Рис. 79 Полуавтоматы типа I1PM-2 (а) и А-537 (б)
(рис. 79, а). Этот полуавтомат одно-
для выполнения сварочных работ
Полуавтомат обеспечивает сварку
Полуавтомат ПРМ-2
режимный, предназначен
в монтажных условиях.
плавящимся электродом в среде защитных газов стальных и
медных конструкций, а также конструкций из алюминиевых
сплавов в любых пространственных положениях. Сварку выпол-
няют с силой тока до 420 А стальной проволокой диаметром
0,8—2,0 мм, алюминиевой или медной диаметром 1,0—2,0 мм и
порошковой диаметром 1,6—2,8 мм.
14
211
В комплект полуавтомата входят держатель со шлангом,
подающий механизм ранцевого типа, аппаратный ящик, газовая
аппаратура и источник питания (ВС-300, ПСГ-500, ВСК-300 или
ИПП-300).
Держатель пистолетного типа, без водяного охлаждения
(см. рис. 76,6). Ручка держателя выполнена поворотной, что
позволяет изменять угол между ручкой и держателем до 60°.
В результате этого существенно облегчается выполнение швов
сложной конфигурации во всех пространственных положениях.
На ручке установлен газовый вентиль, позволяющий регулиро-
вать расход защитного газа, и кнопка «Пуск». Канал для подачи
электродной проволоки в держателе выполнен из кварцевой
трубки. Сменный канал для подачи алюминиевой проволоки
изготовлен из толстостенной фторопластовой трубки, а для
стальной проволоки — из стальной спирали. Длина гибкого
цельного шланга 800 мм.
Механизм подачи электродной проволоки размещен в не-
большом чемодане, переносимом сварщиком на спине.
Корпус механизма подачи изготовлен из стеклопластика.
Скорость подачи электродной проволоки постоянная, изменяется
плавно в пределах 100—700 м/ч. Регулировка скорости подачи
электродной проволоки осуществляется реостатом, размещен-
ным в аппаратном ящике, и потенциометром, расположенным
на ремне подающего механизма. Подающий механизм имеет две
пары гладких подающих роликов с канавками. Катушка с запа-
сом электродной проволоки размещена в чемодане рядом
с механизмом подачи.
Электрическая схема полуавтомата обеспечивает предва-
рительную, до начала сборки, и последующую, после обрыва
дуги, подачу защитного газа. Включение и выключение сварки
осуществляется кнопкой «Пуск».
Полуавтомат А-537 (рис. 79,6).. Этот полуавтомат одно-
режимный, толкающего типа; предназначен для сварки в защит-
ных газах стальной проволокой диаметром 1,6—2,5 мм с силой
тока до 500 А. В комплект полуавтомата входит держатель со
шлангом, переносной механизм подачи электродной проволоки,
аппаратный ящик, газовая аппаратура и источник питания —
выпрямитель ВС-600 или преобразователь ПСГ-500.
Держатель — молоткового типа (см. рис. 76,в). Ручка
держателя защищена от брызг щитком. Составной шланг со-
стоит из стандартного канала типа КН-3, токоподводящего
провода, трубки для подачи газа и проводов к кнопке «Пуск»
Механизм подачи проволоки установлен на деревянной плат-
форме совместно с катушкой для электродной проволоки. Ско-
рость подачи проволоки постоянная, регулируется ступенчато
при помощи коробки передач от 81 до 598 м/ч.
212
19. Оборудование для хранения,
транспортировки и использования
защитных газов
В промышленности применяют следующие системы обеспечения
производств защитными газами: индивидуальную; централизо-
ванную с питанием от рампы баллонов и подачей защитного
Рис. 80. Схемы централизованного обеспечения сварочных про-
изводств углекислым газом от изотермической емкости (а); от
заводской станции углекислого газа (б), от перепускной рам-
пы с баллонами (в):
/ — промежуточное хранилище газа; 2 — транспортная емкость; 3 —
стационарная емкость; 4 — газификациоиная установка; 5 — трубо-
провод цеховой; 6 — сварочные посты; 7 — магистральный трубо-
провод; 8 — перепускная рампа; 9 — баллоны с газом
газа к сварочным постам по трубопроводу; централизованную
с питанием от изотермической емкости и подачей газа по трубо-
проводу; централизованную с питанием от заводской станции
защитного газа и подачей газа по трубопроводу (рис. 80).
При индивидуальной системе каждый сварочный пост
питается от одного или нескольких баллонов с защитным газом,
213
которые располагают у сварочного поста. Если сварочный пост
подвижный, то баллоны перемещают вместе с постом.
В комплект газовой аппаратуры при индивидуальной системе
питания газом входят: баллон с запасом защитного газа, пред-
редукторный подогреватель газа (только при сварке в углекис-
лом газе), понижающий редуктор, расходомер и газовый кла-
пан-экономизатор. В отдельных случаях, например при исполь-
зовании пищевого неосушенного углекислого газа, в комплект
вводят осушитель газа.
При централизованном питании от рампы с баллонами
(рис. 80, в) сварочные посты питаются газом от цехового трубо-
провода, подключенного к группе баллонов. В комплект системы
входят: две группы баллонов, перепускная рампа с редукторами,
понижающими давление газа от высокого в баллонах до уста-
новленного рабочего в трубопроводе, цеховой трубопровод,
понижающие редукторы на каждом сварочном посту, расходо-
меры и газовые клапаны-экономизаторы также на каждом сва-
рочном посту.
При централизованном питании от изотермической емкости
(рис. 80, а) сварочные посты питаются газом от цехового трубо-
провода, подключенного к изотермической емкости с газифика-
ционной установкой. В комплект системы входят: стационарная
изотермическая емкость, газификационная установка, цеховой
трубопровод, понижающие редукторы, расходомеры 1 и газовые
клапаны-экономизаторы на каждом сварочном посту.
При централизованном питании от заводской станции за-
щитного газа (рис. 80,6) сварочные посты питаются от цехового
трубопровода, подключенного к магистральному трубопроводу,
идущему от станции. В комплект данной системы входят: соб-
ственно станция защитного газа, промежуточное хранилище
газа, магистральный трубопровод, понижающие редукторы,
расходомеры и газовые клапаны-экономизаторы на каждом
посту.
Основные узлы систем
Баллоны. Для хранения и транспортировки сжатых и сжи-
женных защитных газов используют стальные баллоны
(Ру 200 кгс/см2), изготавливаемые по ГОСТ 949—57. Газ
в этих баллонах находится при температуре окружающего воз-
духа. Баллоны изготовляют пяти типов из углеродистой и леги-
рованной сталей. Промышленность выпускает баллоны емкостью
от 0,4 до 55 л.
Для транспортировки аргона, гелия, углекислого газа, азота
и других защитных газов используют в основном баллоны
емкостью 40 л. Как было отмечено, аргон, гелий, азот и водород
1 В отдельных случаях не используют, что нельзя признать обоснованным
214
находятся в баллонах в газообразном состоянии при давлении
150 кгс/см2, а углекислый газ — в сжиженном при давлении
60—70 кгс/см2. В баллон емкостью 40 л при давлении 150 кгс/см2
и температуре +20° С накачивают 6 м3 аргона, гелия или азота.
В такой же баллон при температуре +20° С помещается 25 кг
жидкой углекислоты. Давление в баллоне с углекислотой суще-
ственно зависит от температуры воздуха. Так, при температуре
0°С давление в баллоне составляет 35,54 кгс/см2, а при +31°С—
уже 74,96 кгс/см2. При испарении 25 кг жидкой углекислоты об-
разуется 12,6 м3 углекислого газа.
Баллоны окрашивают в строго определенные цвета, и на
них делают надпись согласно ГОСТ 949—57. Отбор аргона,
гелия, азота и водорода и их смесей из баллонов производится
через понижающий редуктор при давлении 0,2—1,5 кгс/см2
в зависимости от необходимого расхода. Для получения угле-
кислого газа необходим подвод теплоты к жидкой углекислоте и
ее испарение. При естественном обогреве баллона окружающим
воздухом с температурой 22—25° С можно обеспечить непрерыв-
ный отбор 20—25 л углекислого газа в минуту [54]. При боль-
шем отборе газа происходит охлаждение жидкой углекислоты и
снижение давления в баллоне. При снижении давления в балло-
не ниже 5,28 кгс/см2 (тройная точка) жидкая углекислота пре-
вращается в сухой лед и процесс газификации практически
прекращается. Поэтому в случае необходимости получения боль-
шего отбора газа при температурах 20° С, а также обычных
расходов при пониженных температурах необходимо питание
поста от двух и более баллонов. В отдельных случаях рекомен-
дуют производить искусственный подогрев баллонов.
Во избежание взрыва баллона, сопровождающегося большой
разрушительной силой, следует особенно тщательно соблюдать
«Правила устройства и безопасности эксплуатации сосудов, ра-
ботающих под давлением» и принимать меры, предупреждаю-
щие перегрев баллонов и превышение давления в них.
Редукционные вентили (редукторы). Редукторы предназначе-
ны для понижения давления газа до рабочего, при котором газ
поступает в горелку, и поддержания постоянным рабочего дав-
ления (табл. 55). Для сварки в защитных газах при индивиду-
альном питании от баллонов, когда расход газа сравнительно
небольшой (4—40 л/мин), желательно применять редукторы
обратного действия малой пропускной способности с минималь-
ной ценой деления манометра низкого давления и с наиболее
чувствительным регулированием давления.
Для сварки в защитных газах серийно выпускают редукторы
типа ДЗД-1-59М. Такой редуктор одновременно является расхо-
домером, для этого в его комплект входит набор сменных вста-
вок с различным диаметром отверстий (дюз). Редуктор
ДЗД-1-59 является редуктором обратного действия; он наиболее
подходящий для сварки в аргоне, гелии, азоте, углекислом газе
215
Таблица 55
Технические характеристики редукторов, используемых при сварке
в защитных газах
Тип редуктора Давление на входе, кгс/см* Пределы рабочего давления, кгс/см’ Наибольшая пропускная способность, л/мин Дополнительная характеристика
РК-53 150 1—15 1000 Однокамерный
РКД-8-61 200 0,5-8 1338 Двухкамерный
ДЗД-1-59М 15 1.5 2,5--55 Редуктор-расходомер
РВ-55М 150 1-15 4166 —
РД-1БМ 16 0,05—1,5 83 Регулятор
РКД-00 1А 21
РКД-1-00 10 31
и их смесях. Для снижения давления водорода используют
редукторы типов РВ-50, РВ-55.
Для сварки в защитных газах часто используют также
кислородные редукторы типов РК-53, РК-53Б, РКД-8 и др.
Однако при малых расходах газа кислородные редукторы рабо-
тают нестабильно. Для улучшения работы кислородных редук-
торов типа РК-53 рекомендуется устанавливать на выходе из
редуктора дроссельную шайбу с малым отверстием (0,6—1,0 мм),
повышающую давление в камере низкого давления. В этом слу-
чае при замене кислородного манометра низкого давления
ацетиленовым манометром на 6 кгс/см2 редуктор может быть
использован как редуктор-расходомер (21].
При централизованном питании сварочных постов газом
рекомендуется каждый сварочный пост укомплектовать пони-
жающим редуктором низкого давления, например типа РД-1,
РД-1БМ, РДК-00, РДК-1-00. При питании газового трубопро-
вода от рампы с баллонами используют обычно кислородные
рамповые редукторы типа КРР-50, КРР-61 [32].
Расходомеры газа. При сварке используют расходомеры
поплавкового и дроссельного типов. Расходомер поплавкового
типа или ротаметр состоит из стеклянной трубки с внутренним
коническим каналом. Трубка всегда должна быть расположена
строго вертикально широким концом вверх. Внутри трубки
помещен поплавок, который свободно в ней перемещается. Газ
подводят к нижнему концу трубки и отводят от верхнего. При
прохождении по ротаметру газ поднимает поплавок до тех пор,
пока зазор между поплавком и стенкой трубки не достигнет
такой величины, при которой напор струи газа уравновесит мас-
су поплавка. Чем больше расход газа, тем выше поднимается
поплавок. В табл. 56 приведены характеристики наиболее рас-
пространенных расходомеров.
216
Каждый ротаметр снабжен индивидуальным градуировоч-
ным графиком, на котором отложена зависимость между деле-
ниями шкалы ротаметра и расходом воздуха QB. Для опреде-
ления расхода газов (аргона, гелия и др.) можно пересчитать
показания ротаметра по приближенным формулам:
Qco, = 0,812QB; QAr = 0,851QB; QHe = 2,692QB. (57)
Пределы расходов, из-
меряемые ротаметром,
могут быть изменены пу-
тем изменения массы по-
плавка. Поплавки изго-
товляют из эбонита, дю-
ралюминия, нержавею-
щей стали и других мате-
риалов.
Расходомер дроссель-
ного типа устроен на
принципе измерения пе-
репада давления в каме-
ре до и после дроссели-
рующей диафрагмы с от-
верстием малого разме-
ра. При прохождении га-
за через малое отверстие
в зависимости от расхода
до и после диафрагмы
устанавливается различ-
ное давление. По перепа-
Таблица 56
Характернстики расходомеров по воздуху
Тип расходо- мера Материал поплавка Ориентировоч- ные пределы измерений расхода воздуха, л/мин
РС-ЗА Нержавеющая сталь 0,3-4,0
РС-3 Эбонит Дюралюминий Нержавеющая сталь 0,67—6,0 1,67-10,5 2,0—20,0
РС-5 Эбонит Дюралюминий Нержавеющая сталь 10—66 16—105 24—170
ду давления судят о расходе. На каждый расходомер и газ
строят индивидуальный тарировочный график. Пределы из-
мерения расходов изменяют путем изменения диаметра отвер-
стия в диафрагме. На этом принципе построен расходомер ре-
дуктора типа ДЗД-1-59 (ДЗР-1-59), который позволяет изме-
рять расходы в пределах 2,5—50 л/ч, и возможна переделка
кислородного редуктора на редуктор-расходомер.
Газовый клапан-экономизатор. Этот клапан используют для
экономии защитного газа. Клапан целесообразно устанавливать
по возможности ближе к сварочной горелке. Наибольшее рас-
пространение получили электромагнитные газовые клапаны.
В полуавтоматах находят применение газовые клапаны,
встроенные в ручку держателя. Газовый клапан необходимо
включать так, чтобы были обеспечены предварительная или
одновременная с зажиганием дуги подача защитного газа, а
также последующая, после отрыва дуги, подача газа до полного
затвердевания ванны жидкого металла.
217
Желательно иметь возможность также включать подачу
газа без включения сварки, что необходимо для продувки
газом сложных сварных соединений.
Сочетание газового клапана, расположенного вблизи горел-
ки, с редуктором-расходомером дроссельного типа и эластич-
ным газовым шлангом обеспечивает хорошую продувку начала
сварки газом и позволяет упростить электрическую схему аппа-
ратов для сварки в углекислом газе.
Осушители газа. Осушители газа применяют главным обра-
зом при сварке в углекислом газе. В промышленности исполь-
зуют осушители высокого и низкого давлений. Осушитель высо-
кого давления устанавливают до понижающего редуктора.
Осушитель имеет малые размеры и требует частой замены
влагопоглотителя, поэтому применение его во многих случаях
нерационально.
Осушитель низкого давления устанавливают после пони-
жающего редуктора. Он часто имеет значительные размеры, не
требует частой замены влагопоглотителя. Такой осушитель
одновременно является ресивером газа, повышает равномер-
ность подачи газа, что особенно ощутимо при использовании
кислородных редукторов типа РК-53Б. В качестве влагопогло-
тителя используют силикагель и алюмогель, реже медный купо-
рос и хлористый кальций. Силикагель и медный купорос, насы-
щенные влагой, поддаются восстановлению путем прокалки при
температуре 250—300° С.
Подогреватель газа. При сварке в углекислом газе исполь-
зуют подогреватели, которые обычно делают электрическими
высокого давления. Для безопасной работы подогреватели
питают током, напряжение 20—36 В. На практике находят
применение подогреватели двух типов: в первом, в виде змее-
вика, газ нагревается при прохождении по медной iрубке,
обогреваемой электрической спиралью, во втором углекислый
газ проходит по каналам в керамической вставке, в которые
помещен электронагревательный элемент в виде спирали.
Во избежание перегрева редуктора следует отделить его от
подогревателя переходной трубкой длиной 1 ОО мм.
Перепускные рамповые системы
При сварке в защитных газах находят применение пере-
пускные рампы двух типов: для подачи газов, (аргона, гелия
азота и их смесей), находящихся в баллонах в газообразном
виде, и углекислого газа с газификацией в баллонах и для
подачи углекислого газа с газификацией в отдельном устрой-
стве. Общие схемы этих рамп показаны на рис. 81 (32].
Основными частями обеих систем являются собственно
перепускные рампы и трубопровод, по которому газ подводится
218
к сварочным постам. Эти трубопроводы во всех системах центра
лизованного питания практически одинаковы.
Распределительная рампа первого типа (для аргона, гелия
и других газов) конструктивно выполняется по той же схеме,
что и кислородная рампа [32].
Рампа (рис. 81, а) состоит из двух групп баллонов / и 2 по
5—20 штук в каждой, коллектора 3 со змеевиками 4 для под-
ключения баллонов к коллектору, перекрывающих вентилей 5,
Рис. 81. Перепускные рамповые установки для инертных газов (а) и
углекислого газа (б):
I — первая группа баллонов; 2 — вторая группа баллонов; 3 — коллектор; 4 —
змеевики; 5 — запорные вентили; 6 — манометр; 7 — рамповый редуктор; Я —
цеховой трубопровод; 9 — переворачивающиеся стойки; 10 — газификатор;
// — регулирующий клапан давления (ПРК-1); 12 — электроконтактный мано-
метр; 13 — предохранительный клапан
манометра 6 и рампового редуктора 7, обычно кислородного.
Группы баллонов попеременно подключают к трубопроводу 8
для питания его газом. Газовый трубопровод выполняют таким
же, как и для подачи кислорода, в соответствии с нормами на
устройство и эксплуатацию трубопроводов [32]. Давление газа
в трубопроводе устанавливают в зависимости от необходимого
расхода газа 0,8—1,5 или 3—5 кгс/см2.
Каждый сварочный пост на трубопроводах с давлением
3—5 кгс/см2 имеет понижающий редуктор типа РД или РКД
и расходомер, а на трубопроводах с давлением 0,8—1,5 кгс/см2 —
дроссельную шайбу с калиброванным отверстием. Опыт
эксплуатации трубопроводов показывает, что трубопроводы
с давлением 3—5 кгс/см2 обеспечивают большую стабильность
219
подачи газа к сварочным постам, особенно при значительном
количестве постов. Трубопроводы для подачи аргона окраши-
вают в серый цвет, гелия — в коричневый, азота, углекислого
газа и аргона с кислородом — в черный цвет. Эксплуатация
перепускных рамповых систем производится строго в соответ-
ствии с «Правилами на устройство и эксплуатацию рамп» [32].
На ряде заводов при сварке в углекислом газе используют
описанные рампы с подогревом баллонов. Следует отметить, что
подогрев баллонов с углекислотой при отсутствии надлежащей
защиты баллонов от перегрева и превышения давления может
привести к взрыву баллонов, имеющему большую разрушитель-
ную силу. Поэтому при сварке в углекислом газе рекомендуется
использовать рампы второго типа.
Распределительная рампа второго типа для углекислого
газа (рис. 81,6) также состоит из двух групп баллонов 1 и 2.
Баллоны в этой рампе устанавливают на переворачивающиеся
стойки 9\ на каждый баллон свой кантователь. Обе группы
баллонов попеременно подключают к коллектору 3 при помощи
змеевиков 4 и перекрывающих вентилей 5. Жидкая углекислота
из перевернутых баллонов поступает в коллектор 3, а затем
в испаритель 10 (газификатор), где превращается в газ, кото-
рый по трубопроводу 8 подается к сварочным постам. Заданное
постоянное количество и постоянное давление углекислого газа
обеспечивается автоматически при помощи системы регулирую-
щих клапанов 11 и электроконтактного манометра 12. Угле-
кислота в испарителе подогревается горячей водой или паром.
Защита испарителя от превышения давления осуществляется
предохранительным клапаном 13.
Описанная конструкция рампы, разработанная УкрНИИПП
(г. Харьков), обеспечивает получение углекислого газа при
давлении до 4,5 кгс/см2. Газовый трубопровод в этом случае
имеет то же устройство, что и описанные выше. При устройстве
трубопроводов для углекислого газа особое внимание следует
обращать на выполнение уклонов трубопровода и размещение
влагоотстойников, так как в баллонах с углекислым газом мо-
жет содержаться значительное количество влаги. Для уменьше-
ния непроизводственных потерь углекислого газа на каждом
штуцере трубопровода следует ставить вентиль и обратный
клапан типа ниппеля, как на трубопроводах сжатого возду-
ха [32].
Системы на основе изотермических емкостей
Заводские системы обеспечения защитными газами на осно-
ве изотермических емкостей состоят из следующих основных
узлов: стационарной изотермической емкости; испарителя, гази-
фикатора и трубопровода подачи газа к сварочным постам.
220
Для транспортировки и газификации инертных газов и азота
в жидком виде используют обычные кислородные установки
(рис. 82, а) [32]. Краткие технические характеристики некото-
рых из них приведены в табл. 57. Подача газов к месту сварки
может производиться по трубопроводам.
Таблица 57
Техническая характеристика систем для транспортировки и газификации
жидкого кислорода, аргона и азота
Параметры Тип установки
АГУ-2М АГУ-8К СГУ-1 Опытная УкрНИИПП
Назначение Емкость резервуара, кг: Трансп хранени к ортировка, е и газифи- ация Газифи- кация Транспор- тировка, хранение и газифика- ция
кислорода 1990 6000 — —
аргона 2400 — — 2660
азота Средняя производительность установки при наполнении баллонов до 200 ат, м3/ч: 1440
кислородом . 425 450 ±30 200± 12 —
аргоном 420 — — 400
азотом Максимальное давление газа, 345 — -— ——
кгс/см2 Температура выдаваемого га- 220 220 240 0,8-5
за, °C Число баллонов, которое можно наполнить кислоро- 20± 10 20±10 20± 10 20±10
дом до 150 кг/см2 200 730 — —
Выпуск установки На авто- мобиле ЗИЛ-130 На авто- мобиле КрАЗ-219Б Стацио- нарная Стационар- ная
В УкрНИИПП разработана система для питания аргоном на
основе емкости 2,5 т. Аргон находится при давлении 10 кгс/см2,
что уменьшило его потери. Установка снабжена трубчатым
теплообменником. Газ из теплообменника подается в цеховой
трубопровод газа. Системы для питания углекислым газом раз-
работаны УкрНИИПП, ВНИИПТХимнефтеаппаратуры и
ВПТИЭлектро (г. Ленинград). Сконструированы изотермиче-
ские емкости на 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3; 4; 5; 6; 10; 20 и 37 т. Наи-
более широко применяют системы с емкостями 2, 3, 4 и 5 т.
Технические характеристики некоторых систем для углекислого
газа приведены в табл. 58.
221
Рис. 82 Изотермические емкости для транспортировки и
хранения аргона, азота (а) и углекислого газа в сжижен-
ном виде на 3 т (б) и 37 т (в)
222
Таблица 58
Технические характеристики систем с изотермическими емкостями
для снабжения углекислым газом
[ Система | Параметры Емкость Г азнфикаторы
транспортная стацио- нарная
|вНИИПТХим-аппаратура (г. Волгоград)! УкрНИИПП и ВПТИЭлектро Тип Масса жидкой СО2 в емко- сти, кг Масса сосуда без СО2, кг . . Общая масса емкости с СО2, кг Рабочее давление, кгс/см2 . . Рабочая температура, °C. . . Габаритные размеры, м: длина высота Тип Масса жидкой СО2 в емко- сти, кг Масса сосуда без СО2, кг . . Общая масса емкости с СО2, кг Рабочее давление, кгс/см2 . . Рабочая температура, °C . . Габаритные размеры, м: длина высота ширина 3 т 2700 2400 5100 8-12 -35*~45 3.8Э 1,20 ЦЖУ-24 2600 8—22 -35*- -45 3,57 1,83 1,50 4 т 3500 2900 6400 8-12 -35*- 45 4,80 1,20 ЦЖУ-6 5500 11400 8-18 -35*--45 6,55 3,00 2,39 4 т • 3500 2900 6400 8—12 -35*~45 4,80 1,20 КЖУ-5 5000 4150 9150 8- 15 -35*~45 3,9 3,5 2,45 Автомат производи- тельностью 500 кг газа в час 8—12 1,2 0,5 Производи- тельность 200 кг газа в час 8-25 0,68 2,21 0,68
Система, разработанная УкрНИИПП и ВПТИЭлектро
совместно, содержит транспортную изотермическую емкость на
3 или 4 т, стационарную емкость той же или большей вместимо-
сти и испаритель. Транспортная емкость состоит из двух
стальных цилиндров, соединенных между собой и покрытых
слоем изоляционного материала. Снаружи емкость защищена
металлическим или стеклопластиковым кожухом.
Емкость имеет жидкостный и газовый патрубки с запорной
арматурой, измеритель уровня жидкой углекислоты, предо-
хранительный клапан. В специальное отверстие устанавливают
термолатрон, используемый при техническом обслуживании
223
емкости и в аварийных случаях при образовании в емкости
сухого льда.
Транспортную емкость устанавливают на грузовом автомо-
биле или двухколесном прицепе (рис. 82,6). Стационарную
емкость в зависимости от потребностей завода-потребителя
изготовляют из двух или четырех сосудов, имеющих общую
термоизоляцию. Испаритель выполнен в виде малогабаритного
трубчатого теплообменника. Испаритель углекислоты работает
автоматически. Газ из испарителя поступает по трубопроводу
к сварочным постам. Устройство трубопровода такое же, как
и при рамповом питании.
Система, разработанная во ВНИИПТХимнефтеаппаратуры
и выпускаемая серийно заводом «Автогенмаш» (г. Одесса),
содержит транспортную емкость на 2,6 т, 6 т или 9 т жидкой
углекислоты, стационарную емкость той же вместимости, испа-
рительную установку и стационарное хранилище углекислоты
емкостью 5 т. Характеристика этой системы приведена в табл. 58.
Транспортная емкость и стационарное хранилище состоят из
одного цилиндрического сосуда, слоя термоизоляции и наруж-
ного металлического кожуха.
Системы на основе железнодорожной емкости на 10, 20 и 37 т
(см. рис. 82, в) состоят из стального сосуда с вакуумной изо-
ляцией и наружного стального корпуса.
Заводские углекислотные станции
На ряде крупных машиностроительных заводов, потребляю-
щих большое количество углекислоты, построены индивидуаль-
ные заводские углекислотные станции. Большинство углекислот-
ных станций работает на принципе отбора углекислого газа из
дымовых газов различных котельных (сжигающих природный
газ, уголь, мазут и др.). Для получения углекислого газа ис-
пользуют моноэтаноламин. Действующие станции построены по
следующим схемам.
1. С получением жидкой углекислоты при нормальных
температурах и высоком давлении (50—70 кгс/см2). Углекисло-
ту можно хранить и транспортировать в баллонах высокого дав-
ления или подавать к сварочным постам в газообразном виде
по трубопроводу.
2. С получением жидкой углекислоты в переохлажденном
состоянии (—45° С) при давлении 12—16 кгс/см2. В этом случае
углекислоту можно хранить и транспортировать в изотермиче-
ских емкостях или подавать к сварочным постам по трубопро-
воду в газообразном виде.
3. С получением жидкой углекислоты при обычной темпе-
ратуре и высоком давлении (50—70 кгс/см2) и в переохлажден-
ном состоянии (при температуре —45° С) и давлении 12—
16 кгс/см2. В этом случае углекислотой можно наполнять бал-
224
лоны высокого давления, изотермические емкости и подавать по
трубопроводу в газообразном виде.
Транспортировка углекислоты от углекислотной станции
к сварочным цехам может осуществляться по магистральному
трубопроводу в газообразном виде, в изотермических контей-
нерах в жидком состоянии с последующей газификацией
в отдельных сварочных цехах или группах цехов и в стальных
баллонах высокого давления с последующим использованием
в рампах и на индивидуальных сварочных постах.
Следует отметить, что при наличии заводской углекислотной
станции использование баллонов в цехах в рампах в большин-
стве случаев наименее рационально. Схему устройства углекис-
лотной станции и схему подачи углекислоты в сварочные цеха
следует выбирать на основании технико-экономического анали-
за для каждого конкретного случая.
В общем случае необходимо стремиться максимально упро-
щать устройство углекислотной станции, предусматривать воз-
можность получения переохлажденной углекислоты и заливку
ее в изотермические емкости. Магистральный трубопровод целе-
сообразно строить по территории завода в случае расположения
сварочных цехов на одном участке.
При разбросанности сварочных цехов и удалении их друг от
друга на большом расстоянии более рациональна перевозка
углекислоты в цехи изотермической емкостью с газификацией
углекислоты в цехах. Помимо основных рассмотренных выше
систем обеспечения предприятий углекислым газом, возможна
подача углекислого газа от углекислотного завода к близко
расположенным потребителям по магистральному трубопроводу
в газообразном виде.
Организация обеспечения сварочных предприятий
защитными газами
Рациональные области применения указанных систем зави-
сят от конкретных условий сварочных производств. Так, при
небольшом числе сварочных постов (например, до 10), разбро-
санных на значительной территории цеха или обслуживающих
большую плошадь цеха, целесообразно использовать индиви-
дуальное питание постов защитным газом.
При небольшом числе сварочных постов (например, до 10),
сосредоточенных на одном участке цеха или обслуживающих
небольшую площадь, нецелесообразно организовывать центра-
лизованное питание постов защитными газами. При числе сва-
рочных постов более 10 во всех случаях целесообразно организо-
вать централизованное питание сварочных постов защитными
газами. При этом предпочтение следует отдавать питанию трубо-
провода от изотермических емкостей с автоматической газифи-
кационной установкой. Для преобладающего числа случаев такая
(5 Заказ 1374 2 25
система является оптимальной. Эта система сейчас принята
основной в обеспечении предприятий углекислым газом.
Учитывая общее большое потребление углекислого газа,
желательна следующая порайонная организация: сварочное
предприятие оборудует у себя одну или несколько небольших
стационарных емкостей (на 4—10 т) с автоматической испари-
тельной газифицированной установкой и трубопровод, подводя-
щий углекислый газ к сварочным постам.
Доставку углекислоты на машиностроительный завод осу-
ществляет база материально-технического обеспечения своей
транспортной (автомобильной или железнодорожной) изотерми-
ческой емкостью, транспортные емкости заправляются от рай-
онного межсезонного хранилища. Районное хранилище, в свою
очередь, получает углекислоту от близлежащих углекислотных
заводов. Благодаря устройству районных межсезонных храни-
лищ могут быть полностью использованы резервы производства
углекислоты.
Организация обеспечения углекислым газом, при которой
заводы-потребители углекислоты сами содержат у себя тран-
спортные емкости и вынуждены получать углекислоту на угле-
кислотных заводах, недостаточно совершенна.
Заводские углекислотные станции строят только в отдельных
случаях для крупных потребителей углекислоты, если в данном
районе (в радиусе 250—350 км) отсутствуют свободные ресур-
сы углекислого газа. Но и в этих случаях предпочтение следует
отдавать строительству районных углекислотных станций,
которые будут обеспечивать углекислым газом весь район.
5
Технико-экономические
показатели
и техника безопасности
20. Технико-экономические показатели [46,61,73]
Способы сварки в защитных газах имеют свои рациональные
области применения. Целесообразность применения того или
иного способа сварки должна решаться на основе анализа
технических и экономических показателей.
Технико-экономический анализ сварки в инертных газах
плавящимся электродом показывает, что этим способом во мно-
гих случаях можно успешно заменять газовую, ручную дуговую
сварку и сварку неплавящимся электродом при выполнении
швов на металле толщиной более 2—3 мм во всех простран-
ственных положениях. При этом значительно повышается произ-
водительность, снижается стоимость работ, уменьшаются дефор-
мации изделий.
Весьма перспективна в этом отношении импульсно-дуговая
сварка, позволяющая механизировать сварку вертикальных и
потолочных швов, а также сварку металла толщиной 1,5—3 мм
электродной проволокой диаметром 1,2—2,0 мм.
Годовой экономический эффект от внедрения одного поста
импульсно-дуговой сварки алюминиевых сплавов при условии
сварки в год около 3000 м швов составляет в среднем, по данным
ряда предприятий, около 5500 руб. При этом повышается
производительность труда в 5—8 раз, расход аргона умень-
шается в 6—10 раз, значительно уменьшаются деформации из-
делий.
Себестоимость сварки в инертных газах плавящимся элек-
тродом в нижнем положении металла средних и больших тол-
щин примерно равна себестоимости сварки под флюсом.
Себестоимость сварки сплавов меди в азоте всегда ниже
себестоимости сварки в аргоне и под флюсом, производитель-
ность выше, а деформации меньше.
Себестоимость сварки углеродистых сталей в аргоне с угле-
кислым газом и в смесях Аг 4- О2 пока выше, чем под флюсом и
в углекислом газе. Анализ структуры себестоимости показывает,
что сварка в смесях Аг 4- О2 и Аг + СО2 4- О2 может быть эко-
15’ 227
комически выгодной только при условии снижения стоимости
газа, расходуемого на 1 кг наплавленного металла.
Экономический эффект от применения сварки в углекислом
газе существенно зависит от толщины свариваемого металла,
типоразмера соединения, расположения шва в пространстве,
диаметра электродной проволоки и режимов сварки. Себестои-
мость 1 кг наплавленного металла при сварке в углекислом газе
всегда ниже, чем при газовой и ручной дуговой сварке. Не-
сколько более высокая себестоимость сварки порошковой про-
волокой обусловлена более высокой стоимостью проволоки. При
Рис. 83. Структура себестоимости I м шва при
сварке в углекислом газе (а) и при ручной элек-
тродуговой сварке (б) (средние данные)
сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0,8—1,4 мм
изделий из стали толщиной до 4,0 мм во всех положениях и
толщиной 4—6 мм в вертикальном и потолочном положениях вы-
работка на средних режимах на автоматах в 2—5 раз выше, а
на полуавтоматах в 1,8—3 раза выше, чем при ручной дуговой
сварке. При сварке в углекислом газе проволокой диаметром
0,8—1,4 мм вертикальных и потолочных швов на стали толщиной
8 мм и более и в нижнем положении толщиной более 10 мм про-
волоками диаметрам 1,4—2,5 мм производительность в 1,5—
2,5 раза выше, чем при ручной электродуговой сварке [62].
Производительность сварки в углекислом газе проволоками
диаметром 1,4—2,5 мм стали толщиной 5—10 мм в нижнем
положении зависит от характера изделия, типоразмера соедине-
ния, качества сборки, организации работ и других факторов.
При этом производительность только в 1,1 —1,8 раза выше, чем
вручную. Анализ общего времени, затрачиваемого на сварку,
а также структуры себестоимости позволяет наметить пути по-
вышения производительности сварки.
228
Как видно из рис. 83, наибольшая доля затрат при сварке
в углекислом газе и вручную приходится на зарплату и мате-
риалы. Поэтому для дальнейшего повышения эффективности
сварки в углекислом газе необходимо в первую очередь снижать
расходы на зарплату и материалы, например, путем повышения
силы тока, скорости сварки, увеличения глубины провара, умень-
шения сечения разделки и катетов шва, уменьшения разбрыз-
гивания, экономии газа и снижения его стоимости, улучшения
использования рабочего времени. Так, во всех случаях необхо-
димо повышать качество сборки, улучшать организацию сва-
рочных работ, обслуживания и ремонта аппаратуры. Необходи-
мо также устройство централизованной намотки проволоки в
кассеты, централизованного питания газом и током.
21. Техника безопасности [10, 11,62,90]
Несоблюдение правил техники безопасности при сварке
в защитных газах плавящимся электродом может привести
к поражению электрическим током и излучением дуги, ожогам
жидким металлом, отравлению вредными газами, взрыву сосу-
дов с газами, находящимися под давлением, и пожарам. Во из-
бежание поражения током необходимо соблюдать те же прави-
ла техники безопасности, что и при обычной ручной дуговой
сварке.
При защите от излучения дуги следует учитывать, что
спектральный состав излучения зависит от рода защитного газа
и свариваемого металла. Так, спектр наибольшей интенсивности
излучения при сварке в углекислом газе лежит в области боль-
ших длин дуг, чем при сварке в аргоне (см. рис. 13). Поэтому
при сварке в углекислом газе излучение оказывает более слабое
биологическое воздействие, чем при сварке в аргоне.
Сварщик должен работать в брезентовом костюме, рукава
должны быть наглухо застегнуты, а брюки выпущены поверх
обуви. При работе в хлопчатобумажном костюме необходимо
пользоваться брезентовым фартуком. Для защиты рук сварщик
должен работать в брезентовых или кожаных перчатках или
рукавицах. Для защиты глаз и лица используют маску или щи-
ток с защитным стеклом. Защитные стекла изготовляют из
стекла марки ТС-3. Это стекло полностью поглощает ультрафио-
летовое и фиолетовое излучение с длинами волн 2000—4000 А.
Из стекла ТС-3 изготовляют светофильтры четырех классов:
Э-1, Э-2, Э-3 и Э-4,— отличающиеся по толщине и опгчческой
плотности. Выбирают стекла по величине сварочного тока. Так,
при сварке с силой тока до 75 А берут фильтры Э-1, от 80 до
200 А— фильтры Э-2; от 200 до 400 А— фильтры Э-3 и при силе
229
тока свыше 400 Л — фильтры Э-4. Очень хорошими являются
зеркальные светофильтры, отражающие ультрафиолетовые и
тепловые лучи.
Вредное воздействие оказывают не только прямые, но и
отраженные лучи. Поэтому необходимо принимать меры для
снижения их интенсивности и защиты от них. Рекомендуют ок-
рашивать сварочные кабины внутри светло-серой или зеленой
краской, дающей матовую поверхность, и добавлять в краску
окись цинка, уменьшающую отражение ультрафиолетовых
лучей.
Для защиты подсобных рабочих, работающих вместе со
сварщиками, рекомендуется использовать защитные очки с бо-
лее светлыми светофильтрами, изготовляемыми из стекла ТС-1
или ТС-8. Из них изготовляют светофильтры трех классов, отли-
чающихся по оптической плотности. Если на открытом участке
одновременно работает несколько сварщиков, то для защиты
их от соседних дуг рекомендуется пользоваться переносными
ширмами. В вечернее и ночное время рабочее место сварщика
должно хорошо освещаться, поскольку частые и резкие пере-
ходы от света к темноте утомляют глаза сварщика.
Особое внимание следует уделять защите от пылегазовыде-
ления, которое при сварке в защитных газах сравнительно
велико. Количество и состав пыли и газов зависит от рода за-
щитного газа, свариваемого материала, режима сварки и других
факторов. Под воздействием ультрафиолетового излучения
вокруг дуги образуется озон, а при попадании в зону дуги
воздуха — также окислы азота. Многие из компонентов свароч-
ного аэрозоля оказывают вредное воздействие на человека и
предельно допустимые концентрации их оговорены санитарными
нормами.
Пыль — это мелкие (до 1 мкм) частицы сконденсировавших-
ся паров [11]. Токсичность их зависит от состава и кристалличе-
ского строения.
Наиболее высока концентрация компонентов аэрозоля
в облаке дыма, поднимающегося из зоны сварки. Концентрация
этих же компонентов в зоне дыхания сварщика зависит ог рас-
положения сварщика по отношению к дуге, объема помещения,
в котором ведется сварка, и характера движения воздуха
в месте сварки.
По характеру загрязнения атмосферы у места сварки можно
выделить три характерных вида конструкций: открытые —
плоскостные, полузакрытые и закрытые. К первым можно отне-
сти всевозможные плосколистовые и рамные конструкции, свари-
ваемые в цехах объемом более 150 м3, где имеются хорошие
условия для быстрого рассеивания выделяющегося сварочного
аэрозоля; ко второму — конструкции с различными небольшими
отсеками, в которых условия свободного рассеивания аэрозоля
230
затруднены; к третьему—конструкции с замкнутыми отсеками
небольшого объема (менее 10 м3), в которых происходит скоп-
ление аэрозоля и быстрое изменение состава атмосферы.
Газопылевыделение при сварке в углекислом газе. Газопыле-
выделение существенно зависит от диаметра электрода и режи-
ма сварки [10, И, 46]. С увеличением силы тока, напряжения
и диаметра электрода газопылевыделение увеличивается. В пы-
ли обнаружено значительное количество окислов марганца.
Однако общее газопылевыделение при сварке в углекис-
лом газе меньше, чем при ручной дуговой сварке и сварке по-
рошковыми проволоками, но больше, чем при сварке под
флюсом.
Сварка в углекислом газе выгодно отличается от ручной
сварки электродами УОНИ-13 и от сварки под флюсом отсут-
ствием в аэрозоле фтористых соединений. Однако при сварке
в замкнутых отсеках малых объемов для создания нормальных
условий работы необходимо использовать местную приточно-
Рис. 84. Влияние напряжения (а), силы тока и частоты следования им-
пульсов (б) на пылевыделение при сварке в аргоне сплава АМгб; прово-
локой АМг5В. (1Я — 2 мм. Полярность обратная
вытяжную вентиляцию и ограничивать продолжительность
сварки.
Количество газов резко возрастает при сварке окрашенного
и загрязненного жиром металла. При сварке стали, покрытой
антикоррозионными грунтами типа ВЛ-02 и ВЛ-23, выделение
окиси углерода увеличивается на 57%. Такие покрытия приме-
нять недопустимо.
Газопылевыделение при сварке в аргоне и смесях, богатых
аргоном. Газопылевыделение существенно зависит от рода сва-
231
риваемэго материала, состава электрода и силы тока (рис. 84).
При сварке плавящимся электродом пылегазовыделение значи-
тельно больше, чем при сварке неплавящимся электродом [И].
При сварке в аргоне других материалов наблюдаются те же
закономерности выделения пыли и газов, что и при сварке спла-
вов алюминия.
Пылегазовыделение резко возрастает при сварке сплавов,
содержащих элементы с низкой температурой кипения. Особен-
но велико пылегазовыделение при сварке латуней и бронз.
К наиболее вредным соединениям, образующимся при сварке
в аргоне цветных металлов и сталей, можно отнести окислы
цинка, свинца, марганца, кадмия, хрома, хлористый и фтори-
стый водород. При выборе растворителей для очистки кромок
деталей от жира и смазки не следует использовать трихлорэти-
лен и дихлорэтан, так как при взаимодействии их с азотом
возможно образование весьма токсичного газа — фосгена.
Пылегазовыделение при импульсно-дуговой сварке плавя-
щимся электродом меньше, чем при сварке без импульсов
(см. рис. 84), но больше, чем при сварке вольфрамовым электро-
дом [11].
В связи с выделением при сварке в защитных газах плавя-
щимся электродом значительного количества пыли и газов
необходимо оборудовать сварочные цехи и участки местной и
общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией, желательно
с направленным потоком свежего воздуха. При сварке в угле-
кислом газе вытяжные отсосы общеобменной вентиляции необ-
ходимо устанавливать в самых нижних точках помещений.
Стационарные посты следует располагать в отдельных кабинах
и оборудовать местной вентиляцией с широкими боковыми или
нижними подрешеточными отсосами.
Объемы удаляемого воздуха определяют исходя из валовых
выделений пыли и газов с учетом того, чтобы отсасываемый и
подаваемый потоки не нарушали защиту зоны сварки. В сред-
нем скорость потоков воздуха в зоне сварки не должна превы-
шать 0,5 м/с. На подвижных постах рекомендуется использовать
переносные местные отсосы, а также малогабаритные отсосы,
совмещаемые со сварочными горелками автоматов и полуавто-
матов. Во всех случаях сварку следует выполнять так, чтобы
голова сварщика находилась вне факела газов, поднимающихся
от дуги. Целесообразно заменять полуавтоматическую сварку
автоматической, выполнять ее на режимах, обеспечивающих
минимальное пылегазовыделение. В случаях, когда вентиляция
не обеспечивает достаточного эффекта, следует использовать
специальные маски с подачей в них свежего воздуха, например
типов ШР-1, ША-40, ДПА-4 и др. [11].
Чтобы предупредить несчастные случаи от взрыва баллонов
и других сосудов с защитными газами, следует строго соблюдать
232
правила обращения с ними. В первую очередь нельзя допускать
перегрева баллонов, резких толчков и ударов [32].
В случае использования систем с подогревом баллонов
с углекислым газом необходимо во избежание их взрыва уком-
плектовывать установки системами защиты от перегрева и
превышения давления (термореле и газовым предохранитель-
ным клапаном). Баллоны с защитными газами обязательно
должны закрепляться как на сварочных постах, гак и в местах
их хранения. Единичные баллоны должны транспортироваться
на ручных тележках или специальных носилках Запрещается
переносить баллоны на руках Редукторы, используемые для
сварки в защитных газах, должны быть выкрашены в черный
цвет. При отогреве редукторов и газовых систем запрещается
применение открытого пламени. При эксплуатации систем цен-
трализованного питания защитными газами необходимо строго
соблюдать специальные правила, оговоренные инструкциями,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамович В. Р. Полуавтоматическая сварка меди и сплавов на мед-
ной основе плавящимся электродом в защитных газах.— «Судостроение», 1968,
№ 4, с. 53—57
2. Акулов А. И. К вопросу о падении напряжения в приэлектродных
областях сварочных дуг.— «Автоматическая сварка», 1964, № 9, с. 42—46.
3. Акулов А. И. Некоторые электрические параметры дуги в аргоне
плавящимся электродом,— «Автоматическая сварка», 1966, № 7, с. 23—27.
4. Алов А. А. Основы теории процессов сварки и пайки. М., «Машино-
строение», 1964, 272 с.
5 Аснис А. Е., Гутман Л. М., Покладий В. Р. Полуавтоматическая
сварка с увеличенным вылетом электрода в смеси углекислого газа и кислоро-
да. — «Автоматическая сварка». №-4, 1972, с. 21—22.
6. Бродский А. Я. Аргоно-дуговая сварка алюминиевых сплавов для
строительных конструкций. М. Госстройиздт, 1963, 180 с.
7 Вайнбойм Д. И. Автоматическая дуговая точечная сварка М.— Л.,
«Машиностроение», 1960, 2(М) с.
8. Верченко В. Р. Статические характеристики дуги при сварке плавя-
щимся электродом в среде защитных газов.— «Автоматическая сварка», 1958,
№ 8, с. 75-78.
9. Верченко В. Р. Перенос металла в дуге при сварке плавящимся элек-
тродом в среде защитных газов.— «Автоматическая сварка», 1958, № 11,
с. 40-47.
10. Воронцова Е. И., Карачаров Т. С. Опенка условий труда при различ-
ных видах дуговой сварки.— «Сварочное производство», 1956, № 9, с. 12—14.
11. Воронцова Е. И., Карачаров Т. С., Вощаков К. П. Гигиеническая
оценка условий труда и их оздоровление при электросварке в защитных га-
зах.—В сб. «Гигиена труда и техника безопасности при электросварочных
работах». М., ЦП НТО Машпром, 1962.
12. Грановский В Л. Электрический ток в газе. М.— Л., Гостехиздат,
1952, 432 с
13. Гуревич С. М., Рабкнн Д. М. Зварювання кольорових металл!в i ix
;плав1в. Ки|’в, Техвидав, 1964, 120 с.
14 Джевага И. И. Электродуговая сварка цветных металлов и сплавов
Л„ Судпромгиз, 1961, 139 с.
15. Довбищенко И В., Рабкин Д. М. и др. Сварка сосудов из алюминие-
вого сплава, - «Автоматическая сварка», 1967, № 5, с. 61—62.
16 Дудко Д. А., Виноградский Ф. М Газоэлектрическая сварка с при-
нудительным формированием швов.— «Автоматическая сварка», 1957, Хе 3,
с. 118-122.
17. Дятлов В И. Вольт-амперная характеристика сжатой электрической
дуги —«Автоматическая сварка», 1961, Xs 1, с. 17—23.
18. Дятлов В. И. Элементы теории переноса электродного металла при
234
электродуговой сварке.— В сб. «Новые проблемы сварочной техники». Киев,
«Техника», 1964, с. 167—182
19. Дятлов В. И., Деминский Ю. А. Аргоно-дуговая сварка алюминие-
вых сплавов дугой большой мощности.— «Сварочное производство», 1964, № 6,
с. 4—8.
20. Ерохин А. А. Кинетика металлургических процессов дуговой сварки.
М.. «Машиностроение». 1964, 256 с.
21. Заруба И. И. и др. Сварка в углекислом газе. Киев, «Техника», 1966,
291 с.
22. Золотых В. Т., Белоусов Ю. Г. и др. Повышение производительности
сварки в углекислом газе.—«Сварочное производство», 1966, № 8, с. 16—19.
23. Илюшенко В. М. и др. Механизированная заварка дефектов литья
оловянистой бронзы.— «Автоматическая сварка», 1966, № 2, с. 64—66.
24. Илюшенко В. М., Костюм А. Ф Аргоно-дуговая наплавка алюминие-
вой бронзы расщепленным электродом.— «Автоматическая сварка», 1968,
№ II, с. 68.
25. Исмакова Д., Марченко Л. К. и др. Расчет электропроводности, тепло-
проводности и излучательной способности аргоновой плазмы.— В сб. «Иссле-
дование электрической дуги в аргоне». Фрунзе, Изд-во АН Кирг. ССР, 1966,
с. 3-23.
26. Каховский Н. И. Сварка нержавеющих сталей. Киев, «Техника»,
1968, 312 с.
27. Квирикадзе Т. Г., Новожилов Н. М. Исследование перемешивания
защитного газа с воздухом при сварке в углекислом газе.— «Автоматическая
сварка». 1969, № 4, с. 20 —22.
28. Кесаев И. Г. Катодные процессы электрической дуги. М„ «Наука»,
1968, 244 с.
29. Кипнис И. С., Шкловский С. М. Восстановление поршней методом
наплавки.— «Судостроение». 1965, № 1, с. 60—61.
30. Кирдо И. В. Измерение температуры мощной сварочной дуги, горя-
щей под флюсом. Сборник, посвященный 80-летню со дня рождения и 55-ле-
тию научной деятельности Героя Социалистического труда акад. Е. О. Патона.
Киев, Изд-во АН УССР, 1951, с. 269—284.
31. Китаева В. Ф., Обухов-Денисов В. В., Соболев В. В. Концентрация
заряженных частиц в плазме дуги, горящей в атмосфере аргона и гелия.—
В сб. «Физические проблемы спектроскопии», т. 1. М., Изд-во АН СССР. 1962,
с. 116-118.
32. Клебанов Н. Н. Газовая сварка и резка металлов. М., Машгиз, 1947,
328 с
33. Кудояров Б. В., Николаев А. А. и др. Полуавтоматическая импульс-
но-дуговая сварка титановых сплавов плавящимся электродом в инертном
газе.— «Сварочное производство», 1970, № 11, с. 17—19.
34. Кулагин И. Д., Николаев А. В. Тепловой баланс сварочной дуги по-
стоянного тока в газах в период формирования капли. «Известия АН СССР,
ОТН», 1958, № 11, с. 89—91.
35. Лакомский В. И., Вахнин Ю. Н. Влияние влажности углекислого
газа на содержание водорода в металле шва,— «Автоматическая сварка».
1959, № 8. с. 85—89.
36. Лапчинский В. Ф., Потапьевский А. Г., Бучинский В. Н. Плавление
электрода при импульсно-дуговой сварке,— «Автоматическая сварка», 1968,
№ 9, с. 6—8.
37. Лохте-Хольгревен, Шаль-Векен. Получение и измерение высоких тем-
ператур.— В сб. «Получение и исследование высокотемпературной плазмы».
М., Изд-во иностр, лит., 1962, с. 9—103.
38. Лебедев В. К. и др. Система питания постов сварки в углекислом
газе.— «Автоматическая сварка», 1970, № 3, с. 65—68.
39. Лебедев В. К., Медведенко Н. Ф. Исследование влияния переходных
процессов на разбрызгивание металла при сварке в углекислом газе.— «Авто-
матическая сварка», 1968, № 5, с. 11 —15.
40. Лесков Г. И. Электрическая сварочная дуга. М., «Машиностроение»,
1970. 335 с.
235
41. Лопатин Н. И., Тетнев В. С. Автоматическая аргоно-дуговая сварка
алюминиевых сплавов«Сварочное производство», 1966. № 7, с. 26—28.
42. Мак-Даниель И. Процессы столкновений в ионизированных газах.
Пер. с англ. Л. А. Арцимовича. М., 1967. 832 с.
43. Медовар Б. И. Сварка аустенитных сталей и сплавов. Киев, «Техни-
ка», 1964, 184 с.
44. Мечев В. С. О магнитном поле тока, текущего по электродам —
«Сварочное производство», 1969. № 6. с. 7—10.
45. Митин Р. В. О напряженности электрического поля в столбе длинной
дуги высокого давления,— ЖТФ, 1964. г. 34. № 8. с. 1466—1470.
46. Новожилов К. М , Суслов В. Н. Сварка плавящимся электродом в уг-
лекислом газе М.. Машгиз, 1958, 194 с.
47 Новожилов Н. М. Основы металлургии дуговой сварки в активных
защитных газах. М., «Машиностроение». 1972, 167 с.
48. Никонов А. В. Источники насыщения водородом металла шва при
сварке в углекислом газе.— «Технология судостроения», 1964, № 6, с. 13—16.
49. Патон Б. Е., Потальевский А. Г., Подола Н. В. Импульсно дуговая
сварка плавящимся электродом с программным регулированием процесса.—
«Автоматическая сварка», 1964, № 1, с. 1—6.
50. Патон Б. Б., Лебедев В К- Электрооборудование для дуговой и
шлаковой сварки». М., «Машиностроение», 1966, 359 с.
51. Петров А. В. Перенос металла в дуге при сварке плавящимся элек-
тродом в среде защитных газов,— «Автоматическая сварка», 1955, № 2,
с. 26—33.
52. Петров А. В. Защитные газы для дуговой сварки.— «Сварочное про-
изводство», 1957, № 8, с. 6—10.
53. Петров А. В. Перенос металла в дуге и проплавление основного ме-
талла при сварке в защитных газах.— «Автоматическая сварка», 1957, № 4.
с. 19-27.
'54 . Пименова Т. Ф., Новожилов Н. М. Применение сухого льда в элек-
тросварке. М . Госторгиздат, 1961, 39 с.
55. Подгаецкий В. В. Пори, включения и тр!щини в зварних швах. Кшв.
«Техшка», 1970. 236 с.
56. Подола Н. В., Шейко П. П. Генератор типа ИИП-1 для импульсно-
дуговой сварки,— «Автоматическая сварка», 1965, № 6. с. 76.
57 Потальевский А. Г., Порубнновский А. И. Сварка тонколистового ме-
талла электрозаклепками в защитной среде углекислого газа.— «Автоматиче-
ская сварка». 1957 № 6, с. 99—102.
58. Потальевский А. Г. Влияние составляющих режима сварки тонкой
проволокой в среде углекислого газа на интенсивность металлургических ре-
акций— «Автоматическая сварка», 1958, № 2, с 53—58.
59. Потальевский А. Г. К вопросу определения динамических свойств ис-
точников тока для сварки в углекислом газе. «Автоматнческа ясварка», 1962,
№ 7, с 43—49.
60. Потальевский А. Г. Лапчинский В. Ф., Вайнерман А. Е. Импульсно-
дуговая сварка алюминиевых сплавов. Серия «Прогрессивное формообразо-
вание». Л . ЛДНТП. 1966. 46 с.
61. Потальевский А. Г., Троицкий В. И,, Харченко П. Ф. Применение
в СССР сварки в углекислом газе.— «Автоматическая сварка», 1966. № 12.
с. 67—72.
62. Походня И. К., Бейниш А. М., Марченко А. Е. Высокопроизводи-
тельные низкотоксичные электроды АНО-1.— «Автоматическая сварка», 1962,
№ 3, с. 19--26.
63. Походня И. К., Суптель А. М. Теплосодержание капель электродного
металла при дуговой сварке в защитных газах.— «Автоматическая сварка»
1967, №2, с 13-18.
64. Походня И. К., Суптель А. М. Теплосодержание капель при сварке
в углекислом газе.— «Автоматическая сварка». 1970. № 7, с. 12—18.
65. Рабкин Д. М., Рябов В. Р.. Довбнщенко И. В Применение гелия и
его смесей с аргоном при сварке алюминиемых сплавов.— «Автоматическая
сварка». 1963, № 9, с. 1—6.
236
66. Раздуй Ф. И. Гелне-дуговая сварка алюминиевых сплавов. Серия
«Прогрессивное формообразование». Л., ЛДНТП, 1964, 40 с.
67. Разиков М. И. Автоматическая наплавка в среде углекислого газа.
М., «Машиностроение», 1962, 212 с.
68. Руссо В. Л. Сварка алюминиевых сплавов в среде инертных газов.
Л., Судпромгиз, 1962, 161 с.
69. Семенова О. П.. Левченко М. А. Зависимость эффективного потен-
циала ионизации от концентрации легкоионизируемых примесей в дуговом
разряде.— «Оптика и спектроскопия», 1962, т. XIII, вып. № 4, с. 610—615.
70. Стеренбоген Ю. А. и др. Сварка и наплавка чугуна. Киев, «Наукова
думка», 1966, 210 с.
71. Справочник по сварке. Под ред. Е. В. Соколова, т. 1, I960, 556 с.
и т. II, 1962, 6Е4 с. М., Машгиз
72. Тиходеев Г М. Энергетические свойства электрической сварочной ду-
ги. М , Изд-во АН СССР. 1961, 254 с.
73. Фаерман А. И. Экономика и организация сварочного производства,
М.. «Высшая школа», 1965, 99 с.
74. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая
плазма. Пер с нем М„ Изд-во иностр, лит., 19151, 369 с.
75. Франк-Каменецкий Д. А. Лекции по физике плазмы. М., Атомиздат,
1964, 283 с.
76. Фоменко В. С. Эмиссионные свойства элементов и химических сое-
динений Киев. Изд-во «Наукова думка», 1970, 147 с.
77. Фриш С. Э. Оптические спектры атомов, М —Л., Физматгиз, 1963,
640 с.
78 Фролов В. В. Физико-химические процессы в сварочной дуге. М.,
Машгиз, 1954, 131 с.
79. Хренов К. К. Электрическая сварочная дуга. М., Киев, Машгиз, 1949,
204 с.
80. Шейнкин М. 3., Хренов К. К. Некоторые особенности горения дуги
и переноса металла при сварке плавящимся электродом в среде водяного
пара,— «Автоматическая сварка», 1962, № 9, с. 40—46.
81. Шсршоров М X., Назаров Г. В. Сварка титана и его сплавов. М.,
Машгиз, 1959, 136 с.
82. Ющенко К А. и др. Скоростная газоэлектрическая сварка нержавею-
щих сталей дополнительно подогреваемой проволокой.— «Автоматическая
сварка», 1969, № I. с. 45—47.
83. Allen G. Aluminium welding using the inert plus nitrogen gas metal—
arc process. «The Welding Journal», 1959, N 3, p. 132—141.
84. Anderson N. E., Green W. J. Arc, welding, патент США № 3071680,
заявлен 17.06.1960, выдан 1.01.1963.
85. Bauer В. Н., Crevis N. and oth. Mild steel welding with argon/CO2
mixtures. «British Welding Journal», 1961, p. 151 —161.
86. Clews K. J. Inert gas shielded metal arc welding of thick copper
without preheat, «British Welding Journal», 1961, N 7, p. 353—359.
87. Conradi N. V. Spannungswerteilung im SchweiBlichtbogen, «Electro-
schweiBung», 1937, N 6, s. 7—8.
88. Dawson R. J. C. Inert—gas shielded arc welding of copper and copper
alloys. Part 1: Copper, «Weld, and Metal Fabrication», 1966, N 12, s. 454—458.
Part II: Copper alloys. «Weld, and Metal Fabrication», 1967, N 2, s. 59—63.
89. Erdman—Jesnitzer F., Weinschenk H. E. Beitrag zur Veranderung
des Abschmelzcharakter von ummantelten Elektroden durch den elektrischen
AnschluBkreis, Schweisen und Schneiden, 1959, N 12, s. 447—454
90. Frant R, Formation of orone in gas — shielded, «Ann. Occup. Hyg»,
1963, v. 6. p. 113-125.
91. Jackson С. E. The Science of arc Welding, Part II, «The Welding
Journa’», 1960, N 5, p. 177—190.
92. Koeplinger R. D., Lockwood L. F. Gas metal—arc spot welding of mag-
nesium. «The Welding Journal», 1964, N 3, p. 195—201.
93. Lesnewlch A. Control of melting rate and metal transfer in gas-
237
shielded metal—arc welding. Part I «The Welding Journal», 1958, N 8,
p, 343—353. Part II. ibid, 1958, N 9, p. 418—425.
94. Liptak J. Gas metal—arc welding aluminium with large diameter
fillers, «The Welding Journal», 1961, N 9, p. 917—927.
95. Ludvig H. C. The measurement of temperature in welding arc, «Ap-
plication and industry», 1960, N 48, p. 191—194.
96. Needham J. C. Control of transfer in aluminium consumable electrode
welding. «Physics of the Welding Arc», Symposium, London, 1966, p. 114—122.
97. Needham J. C. Improvement relating to arcs, патент Англии
№ 1069513, заявлен 31.10.1963, выдан 17.05.1967.
98. Needham J. C. Pulse controlled Consumable electrode welding arcs.
«British Welding Journal», 1965. N 4, p. 191 — 197.
99. Olseri H. N. Thermal and electrical properties of an argon plasma,
«The Physics of Fluids», 1959, N 6, p. 614—623.
100. Phipps G. A., Smith A. S. High Current CO2 — Shielded arc Welding,
«British Welding Journal», 1962, N 10, p. 567—584.
101. Roll W. Der Spannungsabfall im SchweiBlichtbogen, «Tresis», Berlin,
1941, s. 1 — 12.
102. Sekiguchi H. Theory and proposal on steel fusion welding and their
applications, «Nikkan Kogyo Shinbum», Tokyo, 1964, 221 p.
103. Smith A. A. CO2 shielded consumable electrode arc welding Abington
Hall, Abington—Combridge 1970, 136 p.
104. Someren E., van Rollanson E. C. Radiation from the welding arc,
«The Welding Journal», 1948, N 9, p. 448—452.
105. Stoehr R. A., Collins F. R. Gas metal—arcr spot welding joints alu-
minium to other metals, «The Welding Journal», 1963, N 4, p. 302—308.
106. Tuthill R. W., Welch A. U. Electric arc Welding, патент США
№ 2886696, заявлен 2.04.1958, выдан 12.05.1959.
107. Young J. G. Argon—nitrogen mixtures for the self-adjusting arc
welding of copper, «British Welding Journal», 1961, N 7, p. 349—353.
108. Hull W. G., Needham J. C. Seif—adjusting arc and controlled—arc
welding processes, «Welding research», 1953, N 4, p. 6—18.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Классификация и электрофизические особенности сварки в защитных
газах................................................................. 3
1. Сущность, классификация и виды процессов сварки ... 3
2. Луга в защитных газах........................................13
3. Перенос электродного металла.................................32
2. Сварка в инертных газах и их смесях................................52
4. Инертные газы, их свойства и получение.......................52
5. Разновидности, особенности и области применения ... 54
6. Энергетические и металлургические особенности сварки . . 66
7. Особенности техники сварки ..................................78
8. Сварка цветных металлов......................................98
9. Сварка высоколегированных сталей и сплавов .... 114
3. Сварка в активных газах ..........................................117
10. Активные газы, их свойства и получение . . . . . . 117
11. Разновидности, особенности и области применения ... 119
12. Некоторые тепловые и металлургические особенности . . 131
13. Режимы и техника сварки.....................................142
14. » Сварка углеродистых и легированных конструкционных сталей 165
15. Сварка и наплавка чугуна....................................171
16. Сварка нержавеющих и кислотостойких сталей .... 173
4. Оборудование для сварки в защитных газах..........................176
17 . Источники питания . . . 176
18т Аппаратура.................................................195
19 .«Оборудование для хранения, транспортировки и использова-
ния защитных газов............................................213
5. Технико-экономические показатели и техника безопасности . 227
20. Технико-экономические показатели...........................227
2Ь Техника безопасности.........................................229
Список литературы ................................................... 234
Аркадий Григорьевич Потальевский
СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ
Редактор издательства Г. Н. Соболева
Технический редактор Т. И. Андреева
Корректор 3. В Снимщикова
Художник Е Н Волков
Сдано п набор 24/Х 1973 г
Подписано к печати II/III 1974 г. Т-02889
Формат ЬО X 9O'/i* Бумага № 1
Усл печ л 15,0 Уч.-изд л. 15,0
Тираж 25 000 экз Заказ 1374 Цена 1 р. 04 к.
Отпечатано на двухкрасочной офсетной машине
с переворачивающим устройством
Издательство «Машиностроение»,
107885 Москва, Б-78, I й Басманный пер., 3
Экспериментальная типография ВНИИ
полиграфии
Государственного комитета Совета Министров
СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной
торговли
Москва, К-51, Цветной бульвар, 30