§ 35. Сущность дуговой сварки в защитных газах

При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования.

Сварку в защитных газах отличают следующие преиму­щества:

• высокая производительность (в 2-3 раза выше обыч­ной дуговой сварки);

• возможность сварки в любых пространственных по­ложениях, хорошая защита зоны сварки от кислоро­да и азота атмосферы, отсутствие необходимости очи­стки шва от шлаков и зачистки шва при многослой­ной сварке;

• малая зона термического влияния;

• относительно малые деформации изделий;

• возможность наблюдения за процессом формирова­ния шва;

• доступность механизации и автоматизации.

Недостатками этого способа сварки являются необхо­димость принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой ап­паратуры, а в некоторых случаях и применение относитель­но дорогих защитных газов.

Разработаны следующие разновидности сварки в защит­ном газе: в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в угле­кислом газе. Наиболее широкое применение получили ар­гонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Инертный газ гелий применяется очень редко ввиду его большой сто­имости. Сварка в двухатомных газах (водород и азот) име­ет ограниченное применение, так как водород и азот в зоне дуги диссоциируются на атомы и активно взаимодейству­ют с большинством металлов.

Сварка в углекислом газе, благодаря его дешевизне, получила широкое применение при изготовлении и монта­же различных строительных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей.

Углекислый газ, подаваемый в зону дуги, не является нейтральным, так как под действием высокой температу­ры он диссоциируется на оксид углерода и свободный кис­лород. При этом происходит частичное окисление расплав­ленного металла сварочной ванны, и, как следствие, ме­талл шва получается пористым с низкими механическими свойствами. Для уменьшения окислительного действия сво­бодного кислорода применяют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (мар­ганца, кремния). Шов получается беспористый, с хороши­ми механическими свойствами.

По способу защиты (рис. 65) различают местную и общую защиту свариваемого узла (сварку в контроли­руемой атмосфере). Основным способом местной защи­ты является струйная, при которой защитная среда со­здается газовым потоком при центральной, боковой или комбинированной подаче газа. При центральной пода­че газа дуга, горящая между электродом и основным металлом, со всех сторон окружена газом, подаваемым под небольшим избыточным давлением из сопла горел­ки, расположенного концентрично оси электрода. Это самый распространенный способ защиты. Иногда с це­лью экономии инертных газов, а также получения оп­тимальных технологических и металлургических свойств защитной среды применяют горелки, конструк­ция которых обеспечивает комбинированную защиту двумя концентрическими потоками газов. Например, внутренний поток образуется аргоном, а внешний — углекислым газом. При сварке высокоактивных ме­таллов надо защищать не только расплавленный металл, но и зону металла, нагреваемую при сварке до темпера­туры более 300°С с лицевой и обратной стороны шва. Для расширения струйной защиты с лицевой стороны шва применяют дополнительные колпаки-приставки, на­деваемые на сопло горелки. Защита обратной стороны шва обеспечивается поддувом защитного газа. Боковую подачу газа применяют ограниченно.

Наиболее эффективная защита металла шва и зоны термического влияния обеспечивается при сварке в ка­мерах с контролируемой атмосферой. Камеры предвари­тельно продувают или вакуумируют, а потом заполняют защитным (инертным) газом под небольшим давлени­ем.

Сварку в защитных газах можно осуществлять вруч­ную, полуавтоматически и автоматически. Ручная сварка применяется при соединении кромок изделий толщиной до 25—30 мм и при выполнении коротких и криволиней­ных швов. Полуавтоматическая и автоматическая сварки применяются при массовом и крупносерийном производ­ствах.

Сварка в защитных газах производится как неплавя - щимся, так и плавящимся электродом. Неплавящиеся электроды служат только для возбуждения и поддержа­ния горения дуги. Для заполнения разделки кромок в зону дуги вводят присадочный металл в виде прутков или про­волоки. Применяются такие неплавящиеся электроды: вольфрамовые, угольные и графитовые. Вольфрамовые электроды изготовляют из проволоки, марки ВТ-15 диа­метром 0,8—6 мм, содержащей 1,5—2,0% диоксида тория. Торий способствует более легкому возбуждению и устой­чивому горению дуги. Однако торий является радиоактив­ным веществом, и его применение сопряжено с соблюде­нием специальных санитарных правил. Для сварки алю­миния и его сплавов успешно применяют электроды из проволоки марки BJT-10 (вольфрам с присадкой лантана). Лантан снижает расход вольфрама и повышает устойчи­вость горения дуги. Расход вольфрама при сварке незначи­телен и составляет при сварочном токе 300—400 А около 0,05—0,06 г на метр сварного шва. Угольные и графито­вые электроды применяют редко, так как они не обеспечи­вают достаточно устойчивое горение дуги, а сварной шов получается пористым с темным налетом. Плавящиеся элек­троды применяют в виде соответствующей сварочной или порошковой проволок.