АРГОНО-ДУГОВАЯ СВАРКА — Учебное пособие АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА Занятие: 1

Оглавление / Contents

Занятие: 1 Аргонодуговая сварка

Учебное пособие
Сварочные Технологии
Аргоно-дуговая сварка
Что такое аргонодуговая сварка
Принципы сварки Аргоном
Нередко возникает необходимость сварить пластичные материалы, которые не соединяются при обычных видах сварки.
Например, медь, алюминий, титан и пр.
Для создания прочной и неразъемной конструкции из указанных металлов может применяться сварка аргоном.
Область применения аргонодуговой сварки
Технологический процесс проведения работ позволяет использовать этот метод для ремонта и изготовления деталей и конструкций любых цветных металлов и тугоплавких сталей.
Можно условно обозначить сферы применения метода сварки в аргоне по разновидности обрабатываемых металлов:
•Аргонодуговая сварка алюминия – сложность обработки алюминиевого сплава с помощью обычного электродного метода состоит в том, что металл имеет хорошую теплопроводность и не меняет свой цвет при нагревании.
Обеспечить высокое качество шва на алюминии можно только в среде защитных газов. Сварка алюминиевых сплавов требует использования присадочных материалов, проволока в таком случае будет иметь однородный состав.
•Сварка нержавейки – еще один материал, сложно поддающийся процессу обработки.
Работы выполняют с использование проволоки из нержавейки или без присадочного материала..
Выбирая режимы аргонодуговой сварки нержавеющей стали необходимо учитывать, что этот металл склонен к растрескиванию, поэтому требуется, чтобы шов остывал медленно при постоянной подаче газа.
•Аргонодуговая сварка чугуна – это оптимальное решение задач ремонта, как сантехнических труб, так и других изделий. Возможно использование для мелкого ремонта дефектов чугунных поверхностей возникших в процессе литья.
•Сварка титана в среде аргона – практически единственный способ обработки титановых сплавов.
Сложность заключается в том, что даже при нагревании до 450° градусов титан образует оксид и окалину насыщенную кислородом. Это способствует образованию трещин и не дает провести качественное наложение сварного шва другим способом.
При сварке титана используют специальные накладки, способствующие подаче аргона с тыльной стороны обрабатываемой детали.
•Углеродистые стали – существуют особенности обработки и этих металлов.
Режим сварки углеродистых сталей подразумевает использование проковки шва при достижении им температуры каления и обеспечения медленного остывания обрабатываемой поверхности.
•Медь – особенностью меди является высокая теплопроводность. Поэтому аргонно-дуговая сварка меди выполняется при условии увеличенной подачи аргона около 150-200 л/час.
Высокая устойчивость к агрессивной среде и коррозии отличает медь от других цветных металлов с точки зрения химической активности.
При работе с медью используют не чистый аргон, а его смесь с гелием (добавляется в меньших долях).
Вольфрамовые электроды используются как плавящиеся, так и неплавящиеся.
Ток выбирается постоянный. (для сварки меди)
Когда необходимо варить заготовки толщиной от 4 мм и больше, то требуется их предварительный разогрев до температуры 800 градусов.
Присадочная проволока может быть из чистой меди или медно-никелевого сплава. Нередко она заменяется аналогичного состава прутками. Дуга при работе образуется устойчивая и стабильная.
Из-за высокой теплопроводности свариваемые кромки нужно в обязательном порядке разделывать. Если толщина заготовок не превышает 12 мм, то достаточно разделать одну из двух кромок. При большей толщине желательно обработать обе стороны.
Аргонодуговая сварка проходит в среде инертного газа – аргона.
Именно поэтому так и называется данный сварочный процесс (141).
Использование такого газа, как аргон, в процессе соединения деталей обусловлено необходимостью защиты от окисления за счет соприкосновения с кислородом.
Аргон тяжелее и плотнее воздуха на 38%, он покрывает сварочную зону и не допускает кислород в зону с сопрягаемыми поверхностями.
Под воздействием кислорода серьезно страдает качество сварных швов. Именно поэтому и используется аргон.
АРГОН
Сам по себе аргон является инертным газом и непосредственном соединении двух металлических деталей не участвует.
Есть другое понятие – сварка в инертной среде, где аргон или другой газ служат защитой и препятствуют развитию негативных процессов.
Основные свойства аргона
•Газ тяжелее воздуха. Благодаря этому он вытесняет из сварочной ванны атмосферный кислород и прочие ненужные летучие соединения.
•Инертные газы не вступают в химические реакции с другими элементами. Они не участвуют в сварке металла и никак не влияют на процесс.
•Важно не забывать об одной особенности аргона: он становится электропроводной средой в случае применения тока с обратной полярностью.
Помимо аргона, при дуговой сварке применяются иные газы, создающие изоляционную среду.
Аргон подается из специальных баллонов со стандартным рабочим давлением 150 АМ.
Баллоны бывают различного объема: на 5,10,20,40 литров и пр. (балоны серого цвета)
Именно газ выступает основным и наиболее дорогим расходным материалом при данной сварке.
Электрод из горелки должен вставляться в горелку, чтобы на поверхности оставался стержень длиной не более 5 мм.
Между ним и металлом возникает дуга, а из горелки подается в зону сварки аргон.
Без осциллятора вольфрамовый электрод загрязняется.
(осцилятор см. ниже)
И это влияет на качество и размеры сварного шва.
Для правильной сварки нужно соблюдение базовых принципов:
- правильные настройки
- для удержания нужной дуги необходимо отрегулировать подачу газа, тока, и прута.
- для создания узкого и глубокого шва стоит придерживаться только продольного движения электрода и горелки.
- любые поперечные движения и отклонения уменьшат качество соединения.
- в процессе сварки нужна аккуратность и внимание сварщика.
- чем длиннее сварочная дуга, тем шире получается шов и меньше его глубина. (от этого снижается качество соединения, поэтому в процессе рекомендовано как можно ближе держать неплавящийся электрод к стыку).
- подачу присадочной проволоки нужно производить как можно более равномерно и плавно, резкая подача недопустима.
- газ лучше подавать с противоположной стороны сварочной дорожки. (это, конечно, увеличит его расход, но существенно увеличит качество).
- присадочная проволока вместе с электродом обязательно должны находиться в сварочной зоне, прикрытой аргоном, чтобы не допускать сюда азот и кислород.
- проволока подается перед горелкой с электродом под углом, что обеспечивает ровность шва и небольшую его ширину. (важно достигать хороших значений проплавленности).
В аргонодуговой сварке ширина шва определяется по визуальному осмотру шва: если он округлый и выпуклый, то это свидетельство недостаточного проплавления поверхности.
- сварка под аргоном не должна начинаться и заканчиваться резко, иначе будет открыт доступ кислорода и азота в сварную зону.
- рекомендуется начать сварку через 15-20 секунд после подачи инертного газа, а заканчивать за 7-10 секунд до выключения горелки.
(это требуется, чтобы материал успел кристаллизоваться в среде аргона без воздействия кислорода).
- перед началом работы металлические изделий необходимо очистить и обезжирить.
Выбор режима основывается на следующих составляющих:
- свойства свариваемых металлов.
Свойства металла определяют выбор направления подачи тока и полярности. (например, для сварки стальных конструкций применяется постоянный ток прямой полярности, для сварки алюминия и бериллия – постоянный ток с обратной полярностью; сила тока).
Сила тока выбирается на основе диаметра электрода, который применяет сварщик; на основе типа металла для сварки, толщины металлов и из полярности.
Например, для сварки титана режим работы определяется по следующим параметрам, из которых следует, что чем толще соединяемый металл, тем больший диаметр должен быть у вольфрамовых электродов.
- Толщина материала.
- Диаметр электрода, мм
- Сила тока (А)
- Длина сварочной дуги
От неё зависит напряжение (V)
(длина дуги напрямую влияет на качество шва)
- Расход газа (устанавливается редуктором)
(зависит от силы и равномерности его подачи горелкой)
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АРГОННОЙ СВАРКИ
Данная технология сварки реализуется в двух схемах:
- посредством неплавящегося электрода и при помощи плавящихся металлических электродов.
Первую из них чаще используют для работ с материалами толщинами от 0,1 мм, а вторую – при соединении заготовок от 2 мм и толще.
Зачастую, если не требуется значительной производительности работ, изделия больших толщин соединяют также сваркой неплавящимися электродами швами в несколько проходов.
Атмосфера газовой защиты позволяет проведение аргонодуговой сварки неплавящимся электродом (вольфрамовым), расплавляя только основной материал толщиной в пределах 3 мм.
Если необходимо усиление шва либо требуется заполнить разделку кромок деталей толще 3 мм, то применяют - присадочные материалы.
Это проволоки с присадочными прутками для аргонодуговой сварки, их подают в зону дуги со стороны с помощью специального механизма подачи, либо вручную.
Аргонную сварку неплавящимися электродами проводят на прямой полярности постоянных токов, (для чёрно-белых металлов) что позволяет быстро зажигаться дуге с последующим устойчивым горением при незначительном напряжении.
Обратная токовая полярность вызывает возрастание напряжения электродуги, а это снижает стойкость ее горения с усилением нагрева и ростом расходования электродов.
ПРИНЦИП АРГОННОЙ СВАРКИ
Сварочный процесс (141), использующий для нагревания электродуги с аргоном в виде защитной среды, получил название аргонодуговой сварки.
Главная цель подачи инертного газа состоит в осуществлении защиты металлов от воздействия на них кислорода.
В отдельных случаях бывает целесообразна замена аргона на гелий, однако, поскольку он имеет более высокую стоимость, аргонная сварка все же предпочтительнее.
При этом принцип сварочных работ с защитной гелиевой средой аналогичен аргонодуговому принципу действия.
Для питания электродуги в аргоне необходим переменный ток, получаемый от специального источника.
Его схемой предусмотрено включение стабилизатора горения электродуги. Это особое электронное приспособление, способное подавать на дугу импульсы добавочного напряжения в период её функционирования на обратной полярности тока.
Наличием данного устройства в аппаратах аргонной сварки достигается устойчивость дуги на любой полярности при постоянстве тока и процесса образования шва.
Сварочные операции в аргонной среде неплавящимся электродом возможны, как с применением присадок в виде проволоки для аргонодуговой сварки, так и без ее использования.
Соединение материалов малых толщин встык либо по отбортовке производят без присадочных материалов.
В сваривании аргоном высоколегированных сталей с использованием неплавящихся электродов в виде присадок, применяют электродные проволоки со схожими с основным материалом химическими свойствами.
Технология аргонодуговой сварки основывается на возбуждении дуги, возникающей между поверхностью обрабатываемого элемента конструкции и электродом.
Электрод размещается в устройстве проведения тока горелки для аргонной сварки в окружении керамического сопла.
От действия электродуги в процессе плавления соединяемых кромок происходит образование общего расплава сварочной ванны.
Нагнетаемый под давлением токоведущим устройством аппарата аргонодуговой сварки аргон вытесняет собой кислород.
Таким образом осуществляется защита расплава ванной сварки от действия азота и окисления.
В этом виде сварочного процесса в дугу осуществляется подача присадочных металлов (прутков либо проволок), которые технологически свариваются с основными материалами.
Присадочная проволока под действием электрической дуги расплавляется и покрывает зазор.
И необходимо осуществляь медленное движение горелки с электродлм вдоль шва.
Электрод желательно не зажигать при помощи соприкосновения со свариваемыми металлами, как при обычной сварке, для этого используется осциллятор (он подает высоковольтные импульсы для зажигания дуги).
Возбуждение электродуги при сваривании неплавящимися электродами невозможно от касания к поверхности детали.
Помимо этого, от соприкосновения с изделием электрод из вольфрама способен активно оплавляться, загрязняясь.
Поэтому принципом работы аргонной сварки предусмотрено одновременное присоединение особого приспособления (осциллятора) к источнику питающего тока.
Посредством осциллятора осуществляется передача на электроды импульсов высокой частоты.
Высоковольтные импульсы, насыщая ионами промежуток дуги, способствуют возбуждению дуги с пуском тока.
Работая на переменных токах, осциллятор после возбуждения дуги входит в фазу стабилизации, проводя передачу импульсов лишь в случаях изменения полярности тока.
Использование полуавтоматического оборудования при Аргоно-дуговой сварки
Высокую эффективность при сварке деталей, выполненных из алюминия и его сплавов, демонстрируют импульсные полуавтоматы.
Оксидная пленка на поверхности металла при использовании такого оборудования разбивается за счет импульса высокого напряжения, который, кроме того, «вбивает» в сварочную ванну капли расплавленного электродного материала.
Такая технология позволяет получать плотные, качественные, красивые и надежные сварные соединения.
Применение как импульсного, так и обычного полуавтоматического оборудования для сварки деталей из алюминия имеет ряд важных особенностей, которые обязательно необходимо учитывать:
•Сварка выполняется только на постоянном токе обратной полярности.
•Мягкая алюминиевая проволока при подаче в зону сварки по специальному рукаву может образовывать петли.
•Чтобы предотвратить образование таких петель, необходимо применять 4-роликовый подающий механизм, использовать более короткий подающий рукав, во внутреннюю часть которого вставляется тефлоновый вкладыш, значительно снижающий силу трения.
•Алюминиевая проволока, которая имеет значительный коэффициент расширения, может при нагреве застревать в наконечнике подающего устройства.
•Чтобы этого не происходило, необходимо использовать специальные наконечники для алюминия, которые маркируются буквами «AL», либо обычные наконечники, диаметр которых несколько больше, чем диаметр используемой проволоки.
•Подача алюминиевой проволоки, которая плавится значительно быстрее, чем стальная, должна быть выше.
В противном случае расплавленная проволока, не успевающая попасть в зону сварного шва, будет постоянно выводить из строя наконечник.
Естественно, выбирая марку алюминиевой проволоки для сварочных работ, необходимо учитывать состав материала, детали из которого будут соединяться с ее помощью.
Кроме вышеперечисленных методов, также используется контактная сварка алюминия.
Технология аргонодуговой сварки
Основное отличие сварки с аргоном от обычного электродного метода заключается в том, что работы проводятся с использованием защитного облака создаваемого с помощью аргона.
При этом температура в столбе дуги достигает 2000°C, что позволяет использование вольфрамовой неплавящейся проволоки в качестве основного расходного материала.
Другими особенностями технологического процесса являются:
•Электрод необходимо располагать как можно ближе к поверхности обрабатываемого металла.
Это позволяет обеспечить необходимую температуру сварочной ванны при аргонно-дуговой сварке и обеспечить необходимую толщину шва и глубину провара.
Чем дальше электрод от металла, тем ниже качество наложенного шва.
•Направленность движений – вести электрод необходимо вдоль шва. Отсутствие колебательных движений помогает создать эстетически привлекательный шов.
При этом от мастера требуется практика, чтобы создать все необходимые условия для достаточного провара.
•Сущность технологических процессов аргонно-дуговой сварки сводится к тому, чтобы в момент наложения шва на него не воздействовал кислород и азот, выделяющийся во время сгорания металла.
Необходимо следить за тем, чтобы электрод и присадочный материал постоянно находились в защитном облаке аргона.
•Скорость подачи проволоки должна быть равномерной. Должны отсутствовать рывки, при которых наблюдается разбрызгивание металла.
Техника электродуговой сварки в среде аргона подразумевает последовательность действий:
- правильно выбранный угол подачи присадочной проволоки впереди горелки,
- строгое соблюдение направленности нанесения шва и точные настройки относительно интенсивности подачи газа на горелку.
•Скорость сварки – наложение сварного шва осуществляется медленно.
При этом необходимо учитывать возможные металлургические процессы, присущие этому методу обработки.
К примеру, подача газа на поверхность детали должна начаться на 10-15 сек. раньше, а закончится, спустя 7-10 сек после наложения сварного шва.
Заваривание кратера осуществляют с помощью реостата (снижая силу тока на дугу). Расчет расхода аргона при сварке выполняют с помощью специальных таблиц и норм.
Основные положения можно узнать в ГОСТ 14771 76.
Большинство нюансов связанных с выполнением работ сварщик узнает с помощью практики.
Особенности методики аргонно-дуговой сварки заключаются в правильном комбинировании:
- подачи проволоки, воздействия вольфрамового электрода,
- интенсивности подачи аргона и скорости наложения шва.
Регулировать все эти составляющие станет проще по мере получения опыта.
Оборудование для аргонодуговой сварки
Сварочные работы в защитной среде газов выполняют с помощью использования специального оборудования, каждое из которых имеет свое предназначение:
•Сопла для сварки – предназначены для обеспечения работы горелки.
Так как при нагревании температура сварочной ванны достигает 2000° градусов, для производства сопел используется специальный термоустойчивый материал.
И практика показала, что керамическое сопло для аргонодуговой сварки является оптимальным решением этого вопроса.
•В зависимости от толщины и структуры металла может понадобиться разный диаметр сопла.
•Источник напряжения – существуют как трансформаторные установки, так и сварочные инверторы для аргонно-дуговой сварки. Инверторный вариант более предпочтителен.
Инвертор создает равномерное напряжение необходимой частоты, что обеспечивает условия для качественного наложения сварного шва.
Инверторная установка аргонодуговой сварки может работать как от напряжения в 220В, так и от 380В. Максимальная производительность достигается при подключении к трехфазной сети.
осциллятор
•Осциллятор – это устройство обеспечивает поджигание дуги с помощью бесконтактного метода.
•Преимуществом использования осциллятора является возможность поддержания стабильной дуги при использовании переменного тока