Сущность процесса

При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа. В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон, гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.) и их смеси. Широкое применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе и смеси аргона с углекислым газом.

Рис.1. Виды сварки в защитных газах: 1- присадочный пруток; 2 – сопло; 3 – токоподводящий мундштук; 4 – корпус горелки; 5 – неплавящийся вольфрамовый электрод; 6 – рукоять горелки; 7 – атмосфера защитного газа; 8 – сварочная дуга; 9 – ванна расплавленного металла; 10 – кассета с проволокой; 11 – механизм подачи; 12 – плавящийся металлический электрод (сварочная проволока); v_св – скорость сварки; v_п – скорость подачи проволоки.

Аргонодуговую сварку можно выполнять плавящимся и неплавящимся электродом. Сварку неплавящимся электродом применяют, как правило, при соединении металлов толщиной 0,8…6 мм. Неплавящиеся электроды для аргонодуговой сварки изготавливают из стержней вольфрама с добавлением оксидов тория и натрия в количестве 1…3%. Оксиды повышают эмиссионную способность электродов, что увеличивает устойчивость горения дуги и стойкость электрода. Ориентировочно ток выбирают из расчета 100А на 1мм диаметра электрода. В качестве присадочного материала выбирают сварочную проволоку близкую по химическому составу к свариваемой стали. Диаметр сварочной проволоки выбирают в пределах 0,5…0,7 диаметра вольфрамового электрода.

Сварку неплавящимся электродом ведут на постоянном токе прямой полярности. При обратной полярности возрастает напряжении дуги, уменьшается устойчивость горения и снижается стойкость вольфрамового электрода.

Сварку плавящимся электродом выполняют автоматическим или механизированным с помощью автоматов способами. Сварку выполняют при высокой плотности тока (100А/мм² и более). Для сварки плавящимся электродом применяют проволоку малого диаметра 0,6…2мм и большую скорость ее подачи. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности. Дуга горит устойчиво и обеспечивает нормальное формирование шва.

Дуговую сварку в защитных газах выполняют с помощью автоматов и полуавтоматов. Автомат включает следующие основные узлы: механизм подачи сварочной проволоки, токоподвод, механизм настроечных и регулировочных перемещений, кассету с проволокой, газовую аппаратуру, пульт управления, источник сварочного тока.

В состав полуавтомата входят: механизм подачи сварочной проволоки, блок управления, газовая аппаратура, источник сварочного тока.

Сварку сталей часто выполняют в смеси Ar+5%O₂. Кислород уменьшает поверхностное натяжение расплавленного металла, что способствует снижению критической плотности тока, при которой капельный перенос переходит в струйный.

Аргоновую сварку применяют для соединения цветных металлов и их сплавов и высоколегированных сталей во всех пространственных положениях.

Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся электродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной полярности. При высоких температурах СО₂ диссоциирует на оксид углерода СО и кислород О, который приводит к окислению расплавленного металла. Окислительное действие кислорода нейтрализует введение в сварочную проволоку дополнительного количества раскислителей.

Для сварки в СО₂ углеродистых и низколегированных сталей применяют сварочную проволоку диаметром 0,5…2мм с повышенным содержанием марганца и кремния (Св-08Г2С, Св-10Г2С и т.д.). Сварку выполняют при плотности тока не менее 80…100А/мм². Для снижения разбрызгивания достигающего 10…12% применяют смеси газов Ar+(10…20)% CO₂. Замена большей части СО₂ на Ar приводит к снижению поверхностной энергии и уменьшению потерь электродного металла.

В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных положениях. Дуговую сварку в защитных газах применяют в робототехнических комплексах для сварки изделий в мелко- и среднесерийных производствах.

Задания

1. По исходным данным из табл.1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом определить скорость сварки и время сварки. Результаты расчета занести в табл.2.

2. Под контролем учебного мастера выполнить полуавтоматическую сварку в углекислом газе стыкового соединения низколегированной стали. Записать значения сварочного тока и напряжения дуги.

Таблица 1.

Режимы сварки в углекислом газе стыковых соединений

низкоуглеродистых сталей

№ п/п	Толщина металла δ, мм	Эскиз соединения	Сила сварочного тока Iсв, А	Напряжение дуги Uд, в	Площадь наплавленного металла шва Fн,см2	Коэффициент наплавки αн, г/A·ч	Длина шва ℓшва, м
					0,04 0,04 0,06 0,06 0,09 0,09
					0,12 0,12 0,15 0,15 0,18 0,18
					0,21 0,21 0,24 0,24 0,26 0,26
					1,2 1,2 1,2 1,4 1,4 1,4

Таблица 2.

Исходные данные и параметры режима сварки в углекислом газе стыковых соединений низкоуглеродистых сталей

Толщина металла δ, мм	Эскиз соединения	Сила сварочного тока Iсв, А	Напряжение дуги Uд, в	Площадь наплавленного металла шва Fн,см2	Коэффициент наплавки αн, г/A·ч	Длина шва ℓшва, м	Скорость сварки Vсв, м/ч	Время сварки τ, ч.

Примеры выполнения задания

Вариант 6

Определить скорость сварки и время сварки стыкового соединения низколегированной стали

1.В соответствии с вариантом №6 (табл. 1) определим скорость сварки по формуле:

м/ч

где - α_н – коэффициент наплавки (для варианта 6 α_н=17 г/A·ч)

- I_св – сварочный ток (для варианта 6 I_св=350А)

- γ - плотность стали равна 7,8 г/см³

- F_н - площадь сечения наплавленного металла шва (для варианта 6

F_н=0,09см²)

2. Определяем время сварки:

τ=ℓ_шва/V_св=85/84,76=1ч.

где ℓ_шва – длина шва (для варианта 6 ℓ_шва=85м)

3. Исходные данные и параметры режима сварки заносим в табл. 2

Таблица 2.

Исходные данные и параметры режима сварки в углекислом газе стыковых соединений низкоуглеродистых сталей

№ варианта	Толщина металла δ, мм	Эскиз соединения	Сила сварочного тока Iсв, А	Напряжение дуги Uд, в	Площадь наплавленного металла шва Fн,см2	Коэффициент наплавки αн, г/A·ч	Длина шва ℓшва, м	Скорость сварки Vсв, м/ч	Время сварки τ, ч.
					0,09			84,76

Вариант 13

Определить скорость сварки и время сварки стыкового соединения низколегированной стали

1. В соответствии с вариантом №13 (табл. 1) число проходов равно двум. Первый проход выполнен на режиме с меньшим током для исключения прожога. По табл.1 выбираем режим сварки первого шва (вариант №1)

2. Определяем скорость и время сварки первого шва:

м/ч

τ₁=ℓ_шва/V_1св=55/80,77=0,68час

3. Определяем скорость и время сварки второго шва:

м/ч

τ ₂=ℓ_шва/V_2св=55/31,14=1,77час.

4. Определяем общее время сварки стыкового соединения:

τ= τ₁+ τ₂=0,68+1,77=2,45час.

5. Исходные данные и параметры режима сварки заносим в табл. 2

Таблица 2.

Исходные данные и параметры режима сварки в углекислом газе стыковых соединений низкоуглеродистых сталей

№ варианта	Толщина металла δ, мм	Эскиз соединения	Сила сварочного тока Iсв, А	Напряжение дуги Uд, в	Площадь наплавленного металла шва Fн,см2	Коэффициент наплавки αн, г/A·ч	Длина шва ℓшва, м	Скорость сварки Vсв, м/ч	Время сварки τ, ч.
					0,21			80,77 31,14	2,45

Содержание отчета.

1. Конспект теоретической части.

2. Расчет скорости и времени сварки стыкового соединения.

3. Выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Определение сварки в защитных газах.

2. Какие газы применяются в качестве защитных?

3. Какие электроды применяются при сварке в защитных газах?

4. Какие газы взаимодействуют с расплавленным металлом и изменяют его свойства?

5. Назовите основные параметры сварки в защитных газах.

6. Назовите марки сварочной проволоки для сварки в углекислом газе.

Библиографический список.

1. Технология конструкционных материалов: Учебник /Под ред. А.М. Дальского. Изд. 5-е, испр. М.:Машиностроение,2003.

2. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроит. Спец. Вузов /Г.П.Фетисов, М.Г.Карпман, В.М.Матюнин и др.; под ред. Г.П.Фетисова. – М.:Высш.шк.., 2000

3. ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитной среде. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.