с: '

г В настоящее время одним из наиболее востребованных техно­логических процессов, используемых в единичном, мелкосерий­ном и серийном производстве, является сварка МАГ (плавящимся электродом с защитой зоны горения дуги углекислым газом) (За­щитный газ ДСТУ ISO 14175:2004-С1). Сущность способа заклю­чается в том, что электрическая дуга и расплавленный металл защищены от взаимодействия с окружающим воздухом углекис­лым газом. С металлургической точки зрения углекислый газ ока­зывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также наугле­роживающее действие за счет соприкосновения со смесью газов (СО, О2, О), образующихся при диссоциации углекислого газа в дуге. Эта смесь является активным окислителем по отношению к расплавленному металлу в зоне плавления. Из легирующих эле­ментов наиболее сильно окисляются алюминий, титан и цирконий, менее интенсивно — кремний, марганец, хром, ванадий и др. Одновременно металл шва насыщается кислородом.

При сварке в углекислом газе проволоками любого диаметра существуют два вида переноса металла: с периодическими замы­каниями дугового промежутка и переноса без коротких замы­каний. Процесс сварки в углекислом газе характеризуется высо­кой концентрацией энергии дуги и большей, чем при ручной ду­говой сварке, проплавляющей способностью. Этот способ сварки обеспечивает высокую производительность и получение металла шва с достаточно высокими механическими свойствами и стой­костью против образования пор.

Вместе с тем этот способ имеет ряд недостатков, наиболее зна­чимыми, из которых являются:

• повышенное разбрызгивание металла (1-2 г/(А-ч)) при опти­мальных режимах сварки;

• низкое качество поверхности швов (неровности и грубая че - гауйчатость);

• повышенная окислительная способность атмосферы в зоне сварки, требующая применения проволоки с более высоким

содержанием раскислителсй (кремния, марганца и др.), кото­рое должно компенсировать их выгорание в реакционной зоне;

• неустойчивость дугового процесса, который характеризуется большим количеством коротких замыканий дугового промежут­ка;

• не всегда удовлетворительные показатели механических свойств, особенно ударной вязкости при отрицательных температурах. Повышенное разбрызгивание прежде всего наблюдается при

сварке проволоками диаметром 1,6-2,0 мм и сопровождается интенсивным выбрасыванием из зоны горения дуги большого количества брызг жидкого металла различного размера. Забрыз­гиваются детали сварочной горелки и поверхности свариваемых изделий, что приводит к дополнительным трудозатратам, направ­ленным на зачистку изделий (20-40 %) и сварочной горелки (10- 15 % общей трудоемкости сварочных операций). Применение спе­циальных спреев и жидкостей, наносимых на сварочное оборудо­вание и околошовную зону, снижает степень налипания на них брызг.

Сварку МАГ в углекислом газе выполняют от источников пита­ния дуги с ЖВАХ и ППВАХ (см. гл. 3).

К параметрам режима сварки в углекислом газе относят: род и полярность тока, диаметр электродной проволоки, силу свароч­ного тока, напряжение дуги, скорость подачи проволоки, вылет электрода, расход углекислого газа, наклон электрода относитель­но оси шва и скорость сварки (см. ранее). Режимы сварки под­бирают, исходя из условий получения нормального (оптимально­го) формирования сварочного шва, т. е. получения шва с задан­ными размерами.

Сварку в углекислом газе выполняют на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде). При сварке на прямой полярности (минус на электроде) дуга горит неустойчиво.

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, а также параметров процесса, которые могут быть обеспечены имеющимся в наличии оборудо­ванием. Так, при сварке стыковых швов в нижнем положении при толщине металла 0,6-1,0 мм выбирают электродную проволоку диаметром 0,6-0,8 мм, при толщине металла 1,2-2,0 — 0,8-

1,0 мм, а при толщине металла 3,0-4,0 мм — 1,0-1,2 мм и т. д. В ряде случаев, особенно при сварке тонкого металла, целесообразно выбирать электродную проволоку меньшего диаметра, так как при сварке на одном и том же токе в последнем случае устойчивость горения дуги увеличивается, а разбрызгивание металла уменьша­ется.

Сила тока при механизированной сварке в углекислом газе связана пропорциональной зависимостью с диаметром электрод­ной проволоки и скоростью ее подачи в зону сварки. Скорость подачи электродной проволоки (значение сварочного тока) выби­рают в зависимости от ее диаметра, положения шва в пространстве и толщины свариваемого металла. Рекомендуемые значения силы тока в зависимости от диаметра электродной проволоки приведены в габл. 4.31. С увеличением силы сварочного тока возрастают проплавляющая способность дуги (глубина провара), объем сва­рочной ванны и производительность процесса сварки.

Таблица 4.31. Режимы сварки в углекислом газе при МАГ процессе Диаметр проволоки, мм Сила тока, А Плотность тока, А/'мм- Напряжение дуги, В Расход газа, дм**/ми и 1 0,6 30-70 140 16-20 5-Ю 1 І 0,8 40-100 100 17-22 6-12 1.0 70-120 85 18-24 7-13 1 1.2 90-200 80 19-27 8-15 | 1,6 140-300 70 21-32 13-20 | 2,0 200-500 65 23-34 15-22 | Примечание. Скорость подачи проволоки устанавливают подбором иод режим.

Напряжение дуги определяет ее длину и является важнейшим параметром режима сварки. При увеличении длины дуги (напря­жения на дуге) ее горение становится менее устойчивым, увели­чивается разбрызгивание жидкого металла, возрастает возмож­ность попадания воздуха в зону сварки и вероятность образования нор и подрезов. Усиливается степень выгорания элементов, со­держащихся в проволоке. Наиболее значима длина дуги при свар - ке тонкой электродной проволокой. При чрезмерном укорачива-

нии дуги (снижении напряжения) также нарушается процесс ее горения. Кроме того, с понижением напряжения дуги уменьшается > ширина шва и увеличивается его высота.

Напряжение дуги, достаточное для обеспечения устойчивого процесса сварки, находится в прямой зависимости от плотности сварочного тока (табл. 4.32). Определенное влияние на напря­жение дуги оказывает расположение шва в пространстве.

Таблица 4.32. Зависимость напряжения дуги (В) от расположения шва в пространстве и диаметра электродной проволоки

Скорость подачи электродной проволоки влияет на силу сва­рочного тока, ее подбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить устойчивое горение дуги.

Вылет электрода (длина электродной проволоки от торца то­коподводящего мундштука до изделия) оказывает существенное влияние на устойчивость процесса сварки и качество сварного шва. Токонодводящий мундштук должен располагаться па уровне края сопла или утапливаться в сопло на глубину до 3 мм. При сварке угловых и стыковых швов в ряде случаев контактный мун­дштук может выступать за край сопла на 5-10 мм. С увеличением вылета электрода ухудшается стабильность горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание. При сварке на малом вылете затруднено наблюдение за процессом формирования сварного шва и часто подгорает токоподводящий мундштук. Вылет рекомендовано устанавливать в зависимости от диаметра электродной проволоки. Так, если диаметр электродной проволоки составляет 0,8 мм, рекомендуется вылет 6-12 мм, если

1,0 мм, то 7-13 мм, если 1,2, то 8-15 и т. д.

Расстояние между торцом сопла горелки и изделием оказывает существенное влияние на качество металла шва. С его увеличением ухудшается газовая защита зоны горения дуги и ванны расплав­ленного металла за счет возможного попадання азота и кислорода воздуха в реакционную зону. При этом в металле шва возможно образование пор и других дефектов. Расстояние от торца горелки до свариваемого изделия выбирают в зависимости от диаметра электродной проволоки, расхода углекислого газа, наклона элек­трода относительно оси шва и скорости сварки. Так, если сварку выполняют проволокой диаметром 0,6-0,8 мм, расстояние от горца сопла горелки до изделия колеблется от 5 до 15 мм, если 1,0-1,2 мм, то 8-18 мм, если 1,6-2,0, то 16-25 мм и т. д.

Наклон электрода относительно оси шва оказывает значи­тельное влияние на глубину проплавления и качество шва. В зави­симости от его значения сварку можно выполнять углом вперед и углом назад. Установлено, что при сварке углом вперед глубина проплавления основного металла уменьшается, а при сварке углом назад увеличивается. При сварке углом вперед сварщику удобно наблюдать за разделкой кромок, по неудобно за формированием шва, при сварке углом назад, наоборот.

Скорость сварки устанавливает сам сварщик в зависимости от толщины металла и необходимой площади поперечного сечения шва. При завышенной скорости сварки хвостовая часть сварочной ванны может выйти из зоны защиты углекислым газом, и рас­плавленный металл будет взаимодействовать с кислородом и азо­том воздуха.

Расход углекислого газа зависит от наличия ветра (потока воз­духа), тина сварного соединения, положения шва в пространстве, диаметра сварочной проволоки и силы тока. Будучи несколько тяжелее воздуха, углекислый газ обеспечивает хорошую газовую защиту сварочной ванны. Средний расход углекислого газа состав­ляет 5-20 дм3/мин. При силе тока 60-100 А минимальный расход углекислого газа составляет 5 дм3/мин. Для регулировки количес­тва защитного газа, подаваемого в зону горения дуги, лучше всего использовать расходомер или ротаметр, которые покатывают не дав­ление в системе, а расход газа в единицу времени.

Сварку в углекислом газе рекомендуется выполнять прово­локами сплошного сечения марок Св-08Г2С (ГОСТ 2246-70) и

A-G2Si, A-G3Si 1, A-G3Si2, A-G4Si1, B-G2, B-G3, B-G4 (ДСТУ ISO 14341:2004) диаметром 0,6-1,2 мм но всех пространственных положениях, проволокой диаметром 1,6-2,0 мм в нижнем поло­жении, а также порошковыми проволоками.

Перед сваркой любой проволокой необходимо убедиться, что ее поверхность чистая без следов ржавчины и технологической смазки. Ржавчина с проволоки засоряет направляющую спираль шланга полуавтомата и ухудшает электрический контакт с токо­подводящим мундштуком (контактным наконечником). Это при­водит к повышенному разбрызгиванию электродного металла. Наличие на поверхности проволоки смазки приводит к образо­ванию пористости в металле тттва.

4.5-1. Техника сварки. Техника сварки МАГ в углекислом газе аналогична технике сварки МИГ в аргоне и его смесях. Сварку is вертикальном, горизонтальном и потолочном положении выпол­няют проволокой диаметром 0,6-1,2 мм при более низких зна­чениях силы сварочного тока. Перед началом сварки необходимо отрегулировать расход газа и продуть 10-30 с шланг держателя до полного удаления воздуха из него. Если не продуть шланги, то в начале шва могут образоваться [горы. Перед началом сварки необходимо следить, чтобы вылет проволоки из токоподводящего мундштука не превышал 20-25 мм. Зажигание дуги при большем вылете электрода приводит к ухудшению формирования началь­ного участка тива и возможного образования в нем пор. Сварку в углекислом газе выполняют минимально возможно короткой ду­гой. Увеличение длины дуги повышает разбрызгивание металла.

Механизированную сварку в нижнем положении выполняют проволокой диаметром 0,6-2,0 мм с наклоном горелки углом впе­ред или углом назад. Угол может изменяться от 5 до 15°. Пред­почтительно выполнять сварку углом назад, так как в этом случае обеспечивается более надежная защита зоны горения дуги и ме­талла шва от взаимодействия с кислородом и азотом воздуха и улучшается внешний вид шва.

Сварку тонкого металла (до 3 мм), кате правило, выполняют без колебательных движений конца электрода ниточными швами. При сварке более толстого металла осуществляют колебательные движения горелки, что позволяет оказывать термическое воз­действие на металл сварочной ванны и шва, что особенно значимо при сварке сталей, склонных к закалке. Траектория движения электрода и его колебания при сварке стыковых соединений в нижнем положении приведена па рис. 4.13. При сварке металла толщиной свыше 3 мм применяют ту же технику выполнения швов, что и при ручной дуговой сварке покрытым электродом:

- возвратно-поступательные движения вдоль оси шва с шагом 3— 10 мм без поперечных колебаний при сварке однослойных

я швов (рис. 4.13, а), а также при выполнении первого прохода и подварочиого шва при сварке многослойных швов (I);

- по вытянутой спирали средних слоев многослойных швов (II)

: с шагом 3-20 мм при ширине разводки 5-15 мм (рис. 4.13, б);

- змейкой при сварке верхних (облицовочных) слоев (III) с шагом 2-3 мм при ширине разводки 15-25 мм (рис. 4.13, в). При сварке тонкого металла (1-2 мм) ниточные швы выпол­няют с максимально возможной скоростью, благодаря которой обеспечивается хорошее формирование сварного шва и удовлет-

я;г Рис. 4.13. Схемы траектории движения горелки при сварке плавящимся электродом сты­ковых соединений в среде.'защитного газа: а - поз вратпо-1 госту патель і і ые движения с шагом 3-10 мм вдоль оси шва без поперечных колебаний нри сварке однослойных швов, а также при выполнении первого прохода и подварочиого шва при сварке многослойных швов; б — но вытяну той спирали с шагом 3- 20 мм при сварке средних слоев многослойных швов (ширина разводки 5-15 мм); в - змейкой с шагом 2-3 мм при сварке верхних (облицовочных) слоев (ширина разводам 15-25 мм)

верительная защита расплавленного металла (практически ско­рость сварки в этом случае колеблется от 20 до 50 м/ч).

Стыковые швы на металле толщиной 1,5-3,0 мм выполняют на весу. Более тонкий металл сваривают в вертикальном поло­жении на спуск (сверху вниз).

Сварку нахлесточных соединений при толщине металла 0,8-

2,0 мм осуществляют на весу или на медной подкладке. Электрод располагают вертикально и направляют его на срез верхнего листа. При наличии зазора между листами электрод следует наклонять поперек шва на угол 50-60° к горизонтали и направлять его на срез верхнего листа.

Сварку угловых швов металла толщиной свыше 3 мм осущес­твляют петлеобразным, перемещением горелки. Угол наклона го­релки в этом случае составляет 45-60° к горизонтальному листу и 30-45° к вертикальному (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Схемы сварки при правильном (а) и неправильном (б) положении горелки и схема раскладки угловых двух - (в), трех - (г) и гаестислойных (3) швов металла толщиной свыше 3 мм

Вертикальные швы на тонком металле (до 6 мм) выполняют сверху вниз. При зажигании дуги для получения провара в начале шва электрод располагают перпендикулярно свариваемой повер­хности, а затем несколько наклоняют вверх, углом назад (рис. 4.15, а). Сварку металла толщиной более 6 мм выполняют снизу вверх, а электрод при этом располагают углом назад (рис. 4.15,

б, в). Глубина проплавления в этом случае больше, чем при сварке сверху вниз.

Сварка швов в потолочном положении требует наиболее высо­кой квалификации сварщика. Основное требование, предъявляе­мое к составляющим параметров процесса сварки, это сварка на минимально возможном напряжении (поддержание минимальной длины дуги). Электрод располагают углом назад (рис. 4.15, г) для предупреждения стекания ванны расплавленного металла в сторону сопла, увеличивают также расход защитного газа на 15- 30 %. В этом случае для уменьшения массы сварочной ванны диаметр электродной проволоки и сила тока должны быть на 15- 30 % меньше, чем при сварке в нижнем положении. Для получения заданного сечения шва сварку выполняют в несколько проходов. В процессе формирования шва сварщик осуществляет поперечные колебания конца электрода (3-6 мм), распределяя этим теплоту дуги и снижая температуру и подвижность сварочной ванны.

При сварке конструкций с развитой поверхностью швы реко­мендуется выполнять в несколько проходов. В этом случае тепло - вложение в металл снижается, уменьшается коробление изделия, осуществляется термообработка нижсрасположенного слоя.

Независимо от положения шва в пространстве режим сварки оказывает влияние на интенсивность металлургических реакций и на доли основного и электродного металла в металле шва. Напря­жение дуги наиболее значимо влияет на интенсивность металлур­гических реакций. Сила тока и диаметр электрода в меньшей сте­пени влияют на интенсивность металлургических реакций и на

Рис. 4.15. Схема и раскладка швов при сварке МАГ в вертикальном сверху вниз (а), снизу вверх (6, в) и потолочном (у.) положениях

доли основного и электродного металлов в металле шва. С повы­шением напряжения и уменьшением силы тока потери углерода, кремния и марганца из металла шва увеличиваются.