Работа 7. Сварка в защитных средах

Цели работы:

1. Изучить технологическое оборудование и методы защиты сварного шва от вредного воздействия воздуха.

2. Обосновать режимы сварки деталей способами:

- электродуговым в среде углекислого газа;

- аргонно-дуговым в среде аргона;

3. Провести сварку деталей и оценить ее качество.

Оборудование: полуавтомат сварочный ПДГ – 250 «Рикон»; сварочная установка «Русич – 165»; разрывное приспособление.

 

Введение

Качество сварки во многом зависит от уровня защиты сварного шва от вредного воздействия воздуха. Известно, что кислород воздуха приводит к выгоранию углерода и легирующих элементов в сварном шве, водород – к образованию трещин, азот – к образованию нитридов.

В практике машиностроения и строительства наиболее распространены следующие способы, обеспечивающие защиту сварного шва от вредного воздействия воздуха:

- ручная электродуговая сварка плавящими электродами с защитным покрытием;

- сварка порошковой проволокой;

- сварка под слоем флюса;

- электрошлаковая сварка;

- сварка в среде защитных газов: углекислого газа, аргона, гелия и смеси газов;

- электронно-лучевая сварка в вакууме.

При реализации первых четырех способов плавятся флюс, обмазка или порошок; горение дуги происходит под слоем шлака, поэтому воздух не проникает к сварочной ванне.

При сварке в средах защитных газов специальный газ из баллона подается в зону горения и оттесняет воздух от сварочной ванны, а при сварке в вакууме, в зоне сварки, естественно, нет воздуха.

 

Сварочное оборудование

Установки для наплавки в среде углекислого газа ранее комплектовались блочно, т.е. отдельно источник питания и механизм подачи проволоки. В современных установках все это монтируется в одном блоке. Углекислый газ подается от баллона с углекислотой, а на крупных предприятиях имеются системы трубопроводов централизованной подачи газа к рабочим местам.

Установки аргонно-дуговой сварки деталей из обычных и нержавеющих сталей, алюминия, меди, латуни, титана, сплавов магния и других материалов неплавящим вольфрамовым электродом могут работать на постоянном, переменном или импульсном токе. В блок питания чаще всего входят сварочный трансформатор (выпрямитель) и осциллятор, который преобразует переменное напряжение 220 (380) В частотой 50 Гц в высокочастотное (130…260 кГц) напряжение (2…8 кВ). Этот высокочастотный ток высокого напряжения накладывается на основной сварочный ток и способствует разрушению окисных пленок металлов, а аргон, поступая из баллона в зону горения дуги, защищает от проникновения воздуха к сварному шву.

Полуавтомат сварочный трехфазный ПДГ – 250 «Рикон»

Полуавтомат предназначен для ручной электродуговой сварки тонколистовых металлических конструкций из углеродистых и низколегированных сталей в среде защитного углекислого газа плавящим электродом из сплошной стальной проволоки.

Техническая характеристика полуавтомата ПДГ – 250 «Рикон»

1. Напряжение питания - 380 В.

2. Максимальная потребляемая мощность - 6 кВА:

3. Диапазон регулирования скорости подачи электродной

проволоки - 3,5…12 м/мин (60…200 мм/с).

4. Диаметр сварочной проволоки - 0,8…1,2 мм.

5. Максимальный сварочный ток - 250 А.

6. Напряжение холостого хода на ступенях регулирования (не менее):

I - 18 В;

II - 20 В;

III - 22 В;

IV - 26 В;

V - 30 В.

В полуавтомат (рис. 34) входят: сварочный блок с механизмом подачи проволоки; горелка со шлангом для газоэлектрической сварки; баллон с углекислотой, редуктор и шланги.

В корпусе смонтированы силовой понижающий трансформатор и блок выпрямителей. Механизм подачи проволоки роликами подает с катушки сварочную проволоку в горелку.

На лицевой панели расположены:

- разъем для подключения горелки;

- клемма минусового провода;

- ручка переключения силы сварочного тока «Режим»;

- тумблер переключения направления подачи проволоки;

- ручка регулятора скорости подачи проволоки «Подача»;

- автомат включения сети «Сеть».

Сетевое 3–х фазное напряжение 380 В подается на первичные обмотки трансформатора, а переменный ток с вторичной обмотки выпрямляется диодами выпрямителя и поступает плюс (+) на сварочную горелку, а минус (-) через кабель минусового провода к детали, т. е. реализуется при сварке обратная полярность.

Клавиша, расположенная на сварочной горелке, служит для включения полуавтомата в работу. Сварочная проволока подается в зону сварки механизмом подачи через разъемный шланг и сопло сварочной горелки. Защитный газ в зону горения дуги подается из баллона через редуктор, электропневмоклапан, шланг и газовое сопло сварочной горелки.

При сварке в среде углекислого газа (СО₂)из-за охлаждающего воздействия газа и обратной полярности будет минимальное коробление деталей, что и необходимо для сварки тонколистовых материалов.

 

Установка аргонно-дуговой сварки

Установка включает (рис. 35) в себя сварочный трансформатор «Русич – 165», газовую горелку, баллон с аргоном, редуктор и соединительные шланги.

Сварочный трансформатор «Русич – 165А» предназначен для проведения сварочных работ плавящим электродом. Трансформатор представляет собой композицию однофазного (220 В) сварочного трансформатора и возбудителя –стабилизатора дуги, обеспечивающего облегченное зажигание дуги, а также ее стабилизацию и мгновенное восстановление в моменты «просечек» дуги. Это придает дуге свойства «мягкости горения», уменьшения количества брызг и искр во время сварки и, как следствие, возможность сварки высоколегированных, в том числе нержавеющих сталей, алюминия, чугуна и других материалов.

Технические характеристики трансформатора:

1. Номинальное напряжение питающей дуги - 220 В;

2. Напряжение: холостого хода - 34 В;

в режиме сварки - 20…26 В;

3. Сварочный ток - 165 А;

4. Диаметр сварочного электрода - 2,5; 3 мм;

5. Продолжительность максимальной нагрузки - 35 %.

При работе сварочного трансформатора используются различные выходы: первый - сварочный кабель «Земля», а второй - сварочный кабель при ручной электродуговой сварке или специальная клемма для аргонно-дуговой сварки.

Регуляторы расхода газа

Регуляторы (табл. 18) предназначены для понижения давления газа, поступающего в регулятор из баллона (10…20 МПа) и автоматического поддержания постоянным заданного расхода. Давление (расход) газа устанавливается с помощью регулировочного винта (маховичка), а поддерживается автоматически с помощью мембраны, которая периодически открывает и закрывает клапан, соединяющий камеру высокого давления (баллон) и рабочую камеру.

Таблица 18.

Характеристики регуляторов расхода газа

Показатель	Значения показателя для регуляторов
У – 30П - 2	АР – 40 - 2	АР –10 -2
Редуцируемый газ	Углекислый газ	Аргон	Аргон
Давление газа на входе, МПа (кгс/см2): наибольшее наименьшее	10(100) 0,8(8)	20(200) 0,8(8)	20(200) 1,5(15)
Максимальная пропускная способность (дюза № 2, красная шкала), м3/ч (л/мин)	1,8(30)	2,4(40)	0,6(10)
Интервал пропускной способности (дюза № 1, черная шкала), м3/ч (л/мин)	0,3…0,72 (5…12)	0,3…0,84 (5…14)	0,03…0,15 (0,5…2,5)

 

В корпусе регулятора установлен предохранительный клапан, отрегулированный на давление: 0,6…1,0 МПа для регуляторов У–30П–2 и АР–40-2; 1,2…1,6 МПа - для регулятора АР–10-2. Регулятор расхода углекислого газа У–30П–2 комплектуется электроподогревателем, обеспечивающим работоспособность регулятора при отрицательных температурах окружающего воздуха.

 

Защитные газы

В качестве защитных газов используются аргон, гелий, углекислый газ или смеси газов. Инертные защитные газы (аргон и гелий) применяются при сварке интенсивно окисляющихся металлов и сплавов: алюминия, титана, молибдена, легированных хромом, никелем и титаном сталей и других материалов. Гелий очень дорогой газ и применяется редко. Аргон поставляется в баллонах (серый цвет окраски поверхности баллона, давление 15 МПа) трех сортов:

- высшего качества, содержит примесей не выше 0, 01%;

- первого качества – не выше 0, 02%;

- второго качества – не выше 0, 05%.

Высший сорт используется для сварки титана, циркония и вольфрама; первый – для алюминия и магния; второй – для стали.

Углекислый газ имеет низкую стоимость, не дефицитен и эффективно используется для сварки конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, поэтому очень широко применяется при изготовлении строительных конструкций. Поставляется углекислый газ в баллонах, (черный цвет окраски поверхности), примесей в газе может быть до 0, 5…1,0%.

При сварке в среде углекислого газа используется плавящий электрод (сварочная проволока), а в среде аргона - неплавящий (вольфрамовый) электрод. В первом случае сварной шов образуется из металла проволоки, а во втором случае в зону горения дуги между неплавящим электродом и деталью вводится присадочный материал, который плавится и после кристаллизации образует сварной шов.

 

Присадочные материалы

Для сварки сталей в защитных средах используется стальная сварочная проволока. Так как при сварке в среде углекислого газа выгорают легирующие элементы и углерод, то используются специально легированные кремнием и марганцем проволоки (СВ–08ГС, СВ–12ГС,…). Присадочную проволоку изготавливают диаметрами: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 и 12,0 мм. Наиболее распространены в производстве сварочные проволоки диаметрами 0,8;1,0 и 1,2 мм.

Порошковая проволока представляет собой смесь порошкообразных материалов (раскисляющих, легирующих, шлакообразующих и др.), заполненных в трубчатую оболочку из стальной низкоуглеродистой ленты. При сварке плавится оболочка и флюс, в результате металл оболочки образует сварной шов, а расплавленный флюс защищает сварочную ванну от вредного воздействия воздуха, раскисляет и легирует наплавленный металл.

Порошковая проволока применяется при различных способах сварки: под слоем флюса, в среде защитных газов, в том числе очень широко в среде СО₂ и без дополнительной защиты.

Порошковую ленту изготовляют методом прокатки и спекания различных порошковых материалов. Лента имеет толщину 1 мм, а ширину от 30 до 100 мм. Лента очень гибкая и поставляется в рулонах.

При сварке в среде аргона в качестве присадочного материала часто используется сплав, аналогичный по составу свариваемому материалу.