Для чего необходима защита сварочной ванны?

Статья для тех, кто хочет разобраться в сварке

Желающим узнать, как варить электросваркой, неплохо бы почитать и усвоить некоторые термины. Сварка электродом является самой распространённой на сегодняшний день, и, к тому же, легкой в обучении.

Чтобы варить сварочным инвертором, не нужен газ, всю защиту сварочной ванны берет на себя электродная обмазка. Начинающему же сварщику на первых порах сложно быстро понимать и осознавать весь сварочный процесс.

Поэтому для тех, кто желает освоить самостоятельно электросварку, и была подготовлена эта статья. Она дает возможность быстро ввести в курс дела, чтобы понимать самые распространённые термины.

Учебный курс, для тех, кто хочет разобраться в сварке

Где применяется сварка — на даче и в гараже, на производстве и в домашних условиях, при ремонте автомобилей.

Какие виды сварки бывают — если вы собираетесь варить электродом, то это РДС — ручная дуговая сварка. Также сварка бывает полуавтоматической, автоматической, контактной и аргонодуговой. Для последнего вида сварки применяется газ аргон и неплавящиеся вольфрамовые электроды.

Что такое сварочная ванна — это образование выемки в результате плавления основного металла. В процессе сварки присадочный металл проникает в сварочную ванну, тем самым образовывая сварное соединение. Наличие сварочной ванны, обязательное условие для получения прочного, надежного и долговечного шва.

Типы сварных соединений — встык (стыковые соединения), угловые и тавровые, внахлёстку (нахлёсточные соединения). Также бывают вертикальные и горизонтальные соединения, с разделкой кромок и без.

Пространственное положение в сварке — варить можно в нижнем, вертикальном, потолочном и во всех пространственных положениях. Наиболее сложным оказывается потолочное пространство в сварке, так как металл все время норовит стечь вниз.

Что такое импульсный режим сварки

Импульсный режим сварки, который совсем недавно появился в современных сварочных инверторах, представляет собой улучшенный режим переноса расплавленного металла сварочной дугой.

Что такое сварочная дуга — это мощный электрический разряд в смеси газов, который возникает между электродами, на которые был подан переменный или постоянный ток. Основные свойства сварочный дуги, это высокая температура, свыше 3000 градусов и очень высокий, плотный ток.

Плавящиеся и неплавящиеся электроды — для ручной дуговой сварки применяются исключительно плавящиеся электроды, которые также являются основным присадочным материалом (для заполнения сварочной ванны). Такие электроды изготавливаются из сварочной проволоки, на которую в процессе изготовления наносится специальная обмазка, состоящая из различных веществ.

В процессе плавления обмазки, эти вещества образовывают собой газовое облако, которое надежно защищает сварочную ванну от проникновения кислорода. При аргонодуговой сварке, данную роль на себя берет газ аргон, а электроды применяются исключительно вольфрамовые, которые относятся к неплавящимся электродам.

Кто такой сварщик — это человек в маске и крагах, в специальном обмундировании, которое изготовлено из негорючих материалов. Основная задача сварщика заключается в сварке металлов и сборке металлоконструкций.

Шлаковая защита сварочной ванны

Шлаковая защита сварочной ванны реализуется при механи­зированной сварке под слоем флюса (рис. 10.1). Электрический дуговой разряд, перемещаемый вдоль свариваемого шва механи­ческим устройством, поддерживается в замкнутом пространстве в среде расплавленного флюса и флюса в полужидком состоянии, причем газы дуговой атмосферы — пары металла и компонентов флюса — поддерживают давление внутри полости выше, чем дав­ление окружающей атмосферы. Дуговая сварка под слоем флю­са — высокопроизводительный процесс (более 20 г/А — ч), обе­спечивающий хорошее формирование сварного шва и высокое использование электродного металла — проволоки (

98%), так как не происходит разбрызгивания и, следовательно, не образу­ется грат. Шлак, образовавшийся при плавлении флюса электри­ческим дуговым разрядом, хорошо отделяется от поверхности сварного соединения

Для получения сварных соединений высокого качества необ­ходимо правильно подбирать состав сварочного флюса и элек­тродной проволоки для сварки данного металлического сплава, что можно сделать, используя справочники по сварке.

Рис 10 1 Схема механизированной сварки под слоем флюса / — свариваемый основной металл, 2 —- подающие ролики, 3 — электрод­ная проволока, 4 — слой гранулиро ванного флюса, 5 — шлак, 6 — свар­ной шов, 7 — сварочная ванна, 8 — дуговой разряд

СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

При механизированной дуго­вой сварке используются раз­личные флюсы: плавленые, полу­чаемые сплавлением входящих в них компонентов в электрических или пламенных печах и гранули­руемые выливанием в воду, и ке­рамические, получаемые путем грануляции замеса из тонкоиз — мельченных компонентов, соеди­ненных между собой жидким сте­клом. В отличие от плавленых в керамических флюсах могут со­держаться металлические порош­ки — раскислители и легирующие компоненты, так как в процессе

изготовления керамические флюсы, предложенные впервые К. К Хреновым, не подвергаются нагреву до высоких температур

Наибольшее распространение в производстве получили плав­леные флюсы различных марок, изготовляемые в крупных про­мышленных масштабах. Плавленые флюсы по своему составу и назначению делятся на алюмосиликатные, предназначенные для сварки сталей различных марок, и фторидные, предназначенные для сварки титановых сплавов и других активных металлов Алюмосиликатные флюсы имеют различные составы в зависимости от того, стали каких марок подвергаются сварке, так как при взаимодействии со шлаком состав металла сварочной ванны может изменяться. Флюсы разделяются также и по своим физическим свойствам’ по структуре зерна они делятся на стекловидные и пемзовидиые, по характеру изменения вязкости — на длинные и короткие, по характеру взаимодействия с металлом — на активные и пассивные, которые применяются при сварке среднелегиро­ванных сталей.

Типичные составы некоторых плавленых сварочных флюсов приведены в табл. 10 1.

Особенности металлургических процессов при дуговой сварке под слоем плавленых флюсов. При дуговой сварке под слоем плавленого флюса следует различать высокотемпературную зону, охватывающую плавящийся торец электрода, капли металла, проходящие дуговой промежуток, и активное пятно дугового разряда в сварочной ванне, и низкотемпературную зону — хвосто­вая часть ванны, где температура приближается к температуре кристаллизации металла (см рис. 9.40).

В высокотемпературной зоне интенсивно развиваются эндотер­мические реакции, приводящие к легированию и одновременно к окислению металла сварочной ванны компонентами флюса.

Fe + (МпО) — [Мп] + (FeO],

2Fe + (Si02) — [Si] +2 [FeO]

В этой же зоне происходит интенсивное окисление углерода стали

[FeO] + [С] —Fe + CO. и восстановление кремния марганцем:

2[Мп] — f (Si02) — [Si] +2МпО.

Следует учесть, что интенсивное перемешивание шлака с ме­таллом приводит к извлечению значительной части FeO в шлако­вую фазу:

В шлаке (FeO) переходит в соответствующие силикаты. Так, по исследованиям В В Подгаецкого, плавящийся электрод­ный металл значительно обогащается кремнием и марганцем (флюс АН-348, проволока Св08)

Газы для защиты сварочной ванны

Защита плавящегося металла и расплавленной сварочной ванны от вредного воздействия окружающего воздуха при дуговой сварке является одной из главных задач обеспечения определенного качества шва. Такая защита обеспечивается истекающей из сопла горелки направленной струей защитного газа. Широко применяют в качестве защитных инертные (аргон, гелий) и активные (углекислый газ и азот) газы, а также их смеси.

Аргон – при обычных условиях бесцветный, неядовитый, невзрывоопасный газ без запаха и вкуса (может накапливаться в слабопроветриваемых помещениях у пола и в приямках; при этом снижается содержание кислорода в воздухе, что приводит к кислородной недостаточности, а при значительном понижении содержания кислорода – к удушью, потере сознания и смерти человека). С большинством элементов аргон не образует химических соединений. В металлах как в жидком, так и в твердом состоянии аргон нерастворим.

Идея защиты переплавляемого дугой металла от воздействия воздуха путем подачи в зону сварки специально подобранного газа принадлежит русскому изобретателю Н. Н. Бенардосу, предложившему еще в 1883 г. сварку в струе газа.

Промышленность выпускает жидкий и газообразный аргон двух сортов в соответствии с ГОСТ 10157–79: высший (объемная доля аргона не менее 99,993 %) и первый (объемная доля аргона не менее 99,987 %). Газообразный аргон хранят и транспортируют в стальных 40-литровых баллонах под давлением 150 кг/см2 (15 МПа). Объем газообразного аргона можно приближенно определять как произведение вместимости баллона на давление газа в баллоне. Баллон для аргона окрашен в серый цвет, надпись зеленого цвета. Иногда используют жидкий аргон, который подвергают газификации. Жидкий аргон – бесцветная жидкость без запаха с температурой кипения при атмосферном давлении –185,7 °C и плотностью 1,784 кг/м3; хранится в сосудах Дьюара. Газообразный аргон в 1,4 раза тяжелее воздуха, поэтому его струя надежно и длительно удерживается в зоне сварки и хорошо защищает сварочную ванну. Плотность газообразного аргона – 1,662 кг/м3 при нормальных условиях. Расход аргона при сварке зависит от диаметра электрода и обычно составляет от 100 до 500 л/ч.

Гелий не имеет цвета и запаха, плотность 0,18 кг/м3, т. е. в 10 раз легче аргона. Газ неядовит, хорошо диффундирует через твердые тела (гелиевые течеискатели используются при проверке плотности швов), значительно легче воздуха и аргона. Не образует химических соединений с большинством элементов.

В соответствии с ТУ 0271–135–31323949–2005 промышленностью поставляется гелий для сварки двух марок: А и Б. Условия поставки регламентируются ГОСТ 20461–75. Чаще всего транспортируют и хранят гелий в газообразном состоянии в стальных баллонах под давлением 15 МПа (150 кг/см2).

Стоимость гелия значительно выше, чем аргона, поэтому для сварки он применяется редко, обычно в виде добавки к аргону. Благодаря высокому значению потенциала ионизации, что повышает проплавление, гелий применяют в тех случаях, когда требуется получить большую глубину проплавления или специальную форму шва, а также при сварке сплавов на основе алюминия и магния, химически чистых и активных материалов и сплавов.

Баллоны для гелия окрашены в коричневый цвет, имеют белую надпись «Гелий». Расход гелия на 1 м шва на 50 % больше, чем аргона, при сварочном токе 300 А он составляет примерно от 200 до 900 л/ч, так как этот газ в 10 раз легче аргона и быстро улетучивается из зоны сварки в атмосферу, поэтому для поддержания надежной зашиты сварочной ванны необходимо увеличивать подачу (расход) гелия.

Азот – бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичен и не взрывоопасен. Он немного легче воздуха, плотность 1,2506 кг/м3 при нормальных условиях (температура 0 °C, атмосферное давление 101325 ПА). Температура кипения –195,8 °C, критическая температура –148,15 °C, критическое давление – 3,39 МПа (33,9 кг/см2). По отношению к стали и другим металлам азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне сварки стремятся ограничить. По отношению к меди и ее сплавам является инертным газом и применяется для сварки и наплавки, а также для плазменной резки. Например, вибродуговая наплавка бронзовой проволокой КМЦ3–1 на стальную поверхность поршней и штоков выполняется в защитной среде азота. Он поставляется в газообразном состоянии в соответствии с ГОСТ 9293–74 «Азот газообразный и жидкий. Технические условия» следующих сортов (объемная доля азота в %, не менее): газообразный и жидкий азот особой чистоты (1-й сорт – 99,999; 2-й сорт – 99,996), повышенной чистоты (1-й сорт – 99,99, 2-й сорт – 99,95), технический (1-й сорт – 99,6, 2-й сорт – 99,0). Хранится в газообразном состоянии в стальных 40-литровых баллонах под давлением 15 МПа (150 кг/см2).

Углекислый газ , или двуокись углерода (СO2), высший оксид углерода, может находиться в газообразном, сжиженном и твердом (в виде сухого льда) состоянии. Он бесцветен и неядовит, но при концентрации более 5 % (92 г/м3) отрицательно влияет на здоровье человека. Имеет слабый кисловатый запах и вкус, хорошо растворяется в воде и придает ей кислый вкус; хорошо растворяет машинное масло. Плотность при атмосферном давлении и 20 °C – 1,98 кг/м3; температура сжижения при атмосферном давлении – 78,5 °C; выход газа из 1 кг жидкой углекислоты при нормальных условиях – 509 литров.

Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,6 раза. Вступает в химические реакции (взаимодействия) с расплавленным металлом ванны и растворяется в нем. Окисление металла шва нейтрализуется раскислителями, содержащимися в проволоке.

Двуокись углерода определяют и продают по массе. Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты. При чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостатке теплоты углекислота охлаждается, скорость ее испарения снижается.

В состав двуокиси углерода, согласно ГОСТ 8050–85, входит еще водяной пар в количестве не более 0,037 г/м3 для высшего сорта и не более 0,184 г/м3 для 1-го сорта (в 5 раз больше). Содержание водяных паров в двуокиси углерода 2-го сорта не нормируется. Об этом нужно помнить при сварке швов высокого качества, применяя для уменьшения влаги силикагелевые осушители[8].

Транспортируется и хранится углекислота в стальных 40-литровых баллонах под давлением от 60 до 70 кг/см2. В такой баллон вмещается 25 кг жидкой углекислоты, занимающей неполный объем (до 80 %) баллона, остальной объем занят испарившимся газом. Объем газообразного СО2 в баллоне составляет около 13 м3. Цвет баллона черный, надпись желтого цвета.

Достоинства сварки в защитных газах: визуальный контроль процесса, широкий диапазон рабочих режимов сварки, сварка широкой номенклатуры металлов, в том числе цветных и их сплавов, доступность механизации процесса, улучшение гигиенических условий труда сварщиков. Сварка может вестись с дополнительной подачей присадочной проволоки в зону дуги при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом.

Смеси газов нередко применяются в производстве для получения швов повышенного качества. В ряде случаев они обладают лучшими технологическими свойствами, чем остальные газы. Смесь CO2 и O2 (2–5 %) обеспечивает мелкокапельный перенос металла, уменьшает разбрызгивание на 30 % и улучшает формирование шва.

Смесь 70 % гелия и 30 % аргона повышает производительность сварки алюминия, увеличивает глубину проплавления, улучшает формирование шва. Смесь газов аргона (88 %) и СO2 (12 %) повышает стабильность дуги при сварке стали, заметно уменьшает и измельчает разбрызгивание металла, улучшает формирование шва за счет существенного снижения поверхностного натяжения жидкого металла из электродной проволоки. Благодаря добавке окислительного газа улучшаются форма и глубина провара, уменьшается количество брызг. При увеличении СO2 до 25–30 % стабильность процесса заметно снижается, а при содержании СO2 до 40–50 % сварка в смеси с аргоном практически мало отличается по электрофизическим характеристикам от сварки в чистом СO2.

Дата добавления: 2018-09-22 ; просмотров: 558 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Защита сварного шва нержавеющих сталей

Основными задачами защитного газа являются защита сварочной ванны от воздействия атмосферы, то есть от окисления и поглощения азота, и стабилизация электрической дуги. Выбор защитного газа также может влиять на характеристики профиля проникновения сварного шва.

Защита сварочным газом

Защитные (сварочные) газы для сварки MIG / GMAW

Основным газом для сварки MIG / MAG является аргон (Ar). Гелий (He) может быть добавлен для увеличения проплавления и текучести сварочной ванны. Смеси аргон или аргон / гелий можно использовать для сварки всех сортов. Однако для стабилизации дуги, улучшения текучести, а также улучшения качества наплавленного сварного шва обычно необходимы небольшие добавления кислорода (O2) или диоксида углерода (CO2). Для нержавеющих сталей также используются газы, содержащие небольшое количество водорода (H2).

В таблице указан соответствующий выбор защитного газа для сварки MIG / MAG с учетом различных типов нержавеющей стали и типов дуги.

1. a) Предпочтительно при импульсной сварке МИГ.
2. b) Более высокая текучесть расплавленной ванны, чем при добавлении CO2.
3. c) За исключением сплавов 22.12.HT и 27.31.4.Lu, где Ar является предпочтительным.
4. d) Не использовать в дуговой сварке распылением, где требуется сверхнизкое содержание углерода.
5. e) Лучшая сварка короткой дугой и позиционная сварка по сравнению с Ar + (1-2)% O2.
6. f) Более высокая текучесть расплавленной ванны, чем с Ar. Лучшие свойства сварки короткой дугой, чем с Ar + (1-2)% CO2.
7. g) для сплавов с азотом.

Защитные газы для сварки TIG / GTAW

Обычным газом для сварки TIG является аргон (Ar). Гелий (He) может быть добавлен для увеличения проплавления и текучести сварочной ванны. Газ аргон или аргон / гелиевые смеси можно использовать для сварки всех сортов. В некоторых случаях добавляют азот (N2) и / или водород (H2) для достижения специальных свойств. Например, добавление водорода дает гораздо более сильный эффект, чем добавление гелия. Однако добавки водорода не должны использоваться для сварки мартенситных, ферритных или дуплексных марок.

В качестве альтернативы, если добавляется азот, свойства сварочных швов для сплавов, легированных азотом, можно улучшить. Окислительные добавки (кислород, двуокись углерода) не используются, потому что они разрушают вольфрамовый электрод.

Рекомендации по защитным газам, используемым при сварке TIG различных нержавеющих сталей, приведены в таблице. Для плазменной сварки газы с добавлением водорода в таблице в основном используются в качестве плазмообразующего газа, а чистый аргон в качестве защитного газа.

1. a) Улучшает поток по сравнению с чистым Ar.
2. b) Предпочтительно для автоматической сварки. Высокая скорость сварки. Риск пористости в многопроходных сварных швах.

Защита корня шва

Отличный результат сварки без ухудшения коррозионной стойкости и механических свойств может быть получен только при использовании вспомогательного газа с очень низким содержанием кислорода. Для достижения наилучших результатов допускается не более 20 промилле O2 на корневой стороне.

Это может быть достигнуто с помощью установки защиты корня шва и может контролироваться с помощью современного кислородомера. Чистый аргон на сегодняшний день является наиболее распространенным газом для защиты корней нержавеющих сталей. Formiergas (N2 + 5 — 12% H2) является отличной альтернативой для защиты сварочного шва обычным газами для аустенитных сталей. Газ содержит активный компонент H2, который снижает уровень кислорода в зоне сварки.

Азот можно использовать для дуплексных сталей, чтобы избежать потери азота в металле сварного шва. Чистота газа, используемого для защиты корней, должна составлять не менее 99,995%.

Как варить сваркой электродами для начинающих

В гараже, на даче, в частном доме что-то да приходится подварить. Для таких задач совсем не обязательно заканчивать курсы сварщиков — достаточно иметь бытовой сварочный аппарат, средства защиты, расходные материалы и немного потренироваться. Рассказываем, как правильно сваривать металл электродами начинающим и каких ошибок избегать при этом.

В этой статье:

• Виды электросварки
• Технология ручной дуговой сварки
• Как самостоятельно научиться варить электросваркой
• Основные ошибки
• Советы начинающему сварщику

Виды электросварки

Все виды электросварки заключаются в возбуждении электрической дуги между двумя концами разной полярности. При этом выделяется температура до 5000 градусов, которая плавит основной металл и присадочный, образуя сварное соединение.

Электросварку можно выполнять сварочным трансформатором. У него простейшая конструкция из первичной и вторичной обмотки, за счет которых напряжение понижается до безопасных значений, а сила тока возрастает. Трансформаторы варят переменным током, сильно гудят, дуга трещит и плюется. Шов может получиться неравномерным по ширине, высоте, глубине провара. При работе трансформатором нередко просаживается напряжение во всей сети, чем можно вызвать негодование соседей.

Электросварка при помощи инвертора выполняется на постоянном токе, у которого предварительно была повышена частота (еще на стадии переменного), а затем ток был выпрямлен. Это обеспечивает: