Для сварки конструкций из низкоуглеродистых и низколегирован­ных сталей широкое применение получила механизированная сварка в среде активных защитных газов, в качестве которых наиболее распрост­ранен дешевый и недефицитный углекислый газ (С02). Применяется полуавтоматическая (проволокой диаметром 0,8...2,0 мм) и автомати­ческая (проволокой диаметром 2,0...3,5 мм) сварка. В качестве защит­ной среды в последнее время часто используют газовые смеси с различ­ными сочетаниями активных и инертных газов. В качестве электродной проволоки применяют проволоки Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-08ХГ2С (в зависимости от марки свариваемой стали).

Конструктивные элементы разделки кромок практически одина­ковы с таковыми при ручной сварке. Их виды и конкретные размеры указаны в соответствующих государственных и отраслевых стандар­тах (см. разд. 6).

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом может вы­полняться во всех пространственных положениях, что делает процесс универсальным и обладающим по сравнению с ручной сваркой по­крытыми электродами более высокой производительностью.

Режимы сварки стыковых и тавровых соединений хорошо разра­ботаны и сведены в таблицы и номограммы, приводимые в справочни­ках и отраслевой нормативной документации. Выбор режима зависит от диаметра электродной проволоки, толщины свариваемого металла и пространственного положения соединения (рис. 7.4).

Угловые швы сваривают с применением электродной проволоки ди­аметром 0,8...1,2 мм (зона 1) на режиме /в = 160...180 А, £/ = 20...22 В. За один проход выполняют швы катетом до 8,0 мм, выше — за 2-3 прохода. При вертикальном положении швов катетом до 5,0 мм сваривают сверху вниз, большим катетом наоборот — снизу вверх. Расход углекислого газа при сварке стыковых соединений 500...600 л/ч и при сварке тавро­вых соединений 300...400 л/ч. Примеры назначаемых режимов даны в табл. 7.4. Сварочный ток, который обуславливает размеры шва и произ­водительность процесса, зависит от диаметра и устанавливается в соот­ветствии со скоростью подачи проволоки.

В углекислом газе сварку ведут в основном короткими замыка­ниями дугового промежутка, реже — с крупнокапельным переносом металла. В чистом С02 не удается найти критический ток, при кото­ром процесс плавления проволоки переходит в мелкокапельный (струйный). При крупнокапельном переносе металла происходит значительное разбрызгивание, которое иногда уменьшают погруже­нием дуги в ванну. При этом внешняя составляющая длина дуги, при которой шов формируется хорошо, а разбрызгивание относительно невелико, составляет 2,0...3,0 мм. Мелкокапельный перенос может быть достигнут с применением проволок, активированных щелоч­ными и щелочноземельными элементами, а также в смеси С02 с инертными газами.

Стыковые соединения на металле толщиной до 4,0 мм сваривают без разделки кромок, для улучшения формирования шва соединения тол­щиной более 3,0 мм сваривают на медной, керамической либо остаю­щейся металлической подкладке. Формирование шва при сварке де­талей из тонколистового материала лучше происходит при сварке в вертикальном положении сверху вниз. Металл толщиной 4,0... 12,0 мм сваривают за два прохода с двух сторон, толщиной 15,0...20,0 мм сва­ривают за три прохода при V-образной разделке кромок с углом 60° и притуплением 2Д..4.0 мм. При толщине 20,0...30,0 мм применяют двухстороннюю симметричную разделку кромок. Металлы большей толщины целесообразно сваривать при узкой щелевой разделке кро­мок за несколько проходов. Сварку плавящимся электродом можно выполнять во всех пространственных положениях. Потолочные швы сваривают «углом назад» при минимальных значениях силы тока и напряжения проволокой d3 = 0,8... 1,4 мм.

В последние десятилетия разработана также вертикальная авто­матическая сварка стыковых соединений конструкций (в том числе корпусов судов), начиная с толщин 12,0 мм. Сварка выполняется спе­циализированными автоматами (типа «Ритм-20») с применением принудительного формирования шва. Сварка производится при вер­тикальном положении свариваемого стыка, собираемого с определен­ным зазором, величина которого зависит от свариваемой толщины. Формирование шва происходит в объеме, ограниченном с двух сто­рон торцами свариваемых пластин. По плоскости листов с одной сто­роны объем ограничен неподвижной медной подкладкой, а с другой — медным охлаждаемым ползуном, перемещающимся вместе с автома­том.

Как уже отмечалось, в современной промышленности совершен­но четко наметилась тенденция применения при полуавтоматичес­кой сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей порош­ковой проволоки диаметром 1,2...1,6 мм в смеси защитных газов.

Наиболее широкое применение получили проволоки рутилового типа. Они обеспечивают хорошее формирование шва, увеличивают производительность наплавки и приводят к мелкокапельному пере­носу металла в дуге. Последнее значительно уменьшает разбрызгива­ние, а значит, снижает трудоемкость работ по зачистке брызг с повер­хности основного металла и металла шва (рис. 7.5). Этому же способствует применение комбинированной защитной смеси 92% Аг + 6% С02 + 2% 02. Существует много марок порошковой проволо­ки зарубежного производства поставки фирм Швеции, Германии, Ко­реи и др. В последние годы для сварки этой группы сталей разработа-

на отечественная марка порошковой проволоки диаметром 1,2 мм (48ПП-8М); она по своим свойствам вполне конкурентна зарубеж­ным аналогам. Переход с ручной дуговой сварки покрытыми элект­родами на полуавтоматическую сварку в углекислом газе обеспечи­вает рост производительности процесса сварки в 2,5-3,5 раза, примерно в 2 раза снижаются энергозатраты и время выполнения 1 м шва (без учета времени смены электрода).

На рис. 7.6 приведено сравнение по основным показателям раз­личных видов и способов дуговой сварки.

При сварке проволокой сплошного сечения в газовых смесях по сравнению со сваркой в углекислоте в 1,5-3 раза снижается разбрыз­гивание электродного металла на сварной шов и околошовную зону. Это уменьшает трудозатраты на удаление брызг со свариваемых по­верхностей. Здесь возможно применение традиционных сварочных источников типа ВДУ-630, ВДУ-506С, ВДУ-800 и др. Считается пред­почтительным применение инверторных синергетических источни­ков тока «Sinermig-410», «Радуга-250»*. Это позволяет повысить производительность процесса сварки минимум на 25%.

Синергетическое (иначе - программируемое) изменение параметров тока дуги при изменении ее напряжения, что определяет поддержание заданного режима на оптимальном уровне.

1 - ручная дуговая сварка; 2 - полуавтоматическая сварка в углекислом газе проволокой
сплошного сечения; 3 - полуавтоматическая сварка проволокой сплошного сечения в
газовых смесях; 4 - полуавтоматическая сварка порошковой проволокой на традицион-
ных источниках питания; 5 - полуавтоматическая сварка сплошной проволокой в
газовых смесях на инверторных синергетических
источниках питания[4]

При переходе на порошковую проволоку в углекислоте или смеси газов уменьшаются требования к квалификации сварщиков. По дан­ным шведской фирмы ESAB, несмотря на увеличение стоимости по­рошковой проволоки в 2-4 раза по сравнению со сплошной, стоимость 1 м сварного шва снижается в 2 раза. Механические характеристики металла шва, сваренного различными марками порошковой прово­локи (за исключением самозащитной), во всех случаях выше, чем при сварке проволокой сплошного сечения, и выше, чем механичес­кие характеристики основного металла (для сталей ВСтЗсп, 09Г2С, 10ХСНД) (табл. 7.5).

Разница механических свойств металла шва при сварке этих ста­лей различными видами полуавтоматической сварки заключается в увеличении пластических характеристик металла при применении порошковых проволок. Порошковая проволока дает самую высокую ударную вязкость. При сварке сплошной проволокой в смесях за­щитных газов ударная вязкость несколько ниже (KCV = * 12...15,8 Дж/см2 при Гисп = -40 °С); еще ниже ударная вязкость ме­талла шва при сварке сплошной проволокой в углекислом газе (KCV = ® 8,4 Дж/см2 при Гисп = -40 °С).