Сварочные работы. Настольная книга электрогазосварщика

История появления

В конце XIX столетия американский ученый Чарльз Коффин впервые использовал инертные газы для сваривания изделий из металла. Его исследования были основаны на опытах русских физиков Василия Петрова и Николая Славянова, открывших дуговой метод сварки деталей. Новая технология не позволяла сваривать заготовки из алюминия и магния, что обусловлено изменением степени окисления материалов при взаимодействии с воздухом.

В 30-х гг. XX в. технология TIG сварки была усовершенствована американскими учеными Расселом Мередитом и Нортропом Эйкрафтом. В 1941 г. инертные газы стали активно применяться для сваривания магния на постоянном токе. Спустя несколько лет специалисты компании Northrop Corporation начали использовать технологию ТИГ для соединения алюминиевых, магниевых и никелевых деталей. Это способствовало развитию авиационной промышленности и ракетостроения.

Почему стоит пройти курсы аргонщиков

Аргоновая сварка – это метод сварки в среде инертного газа аргона. Позволяет качественно и быстро работать с материалами из категории тяжелых, окисление которых происходит при малейшем соприкосновении с воздухом. Профессиональный аргонщик – это сварщик, знакомый со всеми нюансами и особенности работы с данной технологией, способный выполнить задачу на высшем уровне. Получить данную специализацию можно, пройдя курсы аргонщиков (квалификация: сварщик ручной дуговой сварки неплавящимся электродом в защитном газе 4-5 разряд) .

Сущность процесса сварки TIG

В переводе с английского языка аббревиатура TIG означает “вольфрам + инертный газ” (Tungsten + Inert Gas). Принцип работы ТИГ сварки заключается горении электрической дуги в аргоне. Этот инертный газ тяжелее воздуха. Он защищает свариваемые материалов от воздействия кислорода. Аргон предотвращает окисление металлов. В результате образуется аккуратный и прочный сварной шов.

Электроды для аргонодуговой сварки изготавливаются из вольфрама. Температура плавления этого химического элемента составляет 4000 °С. Он может работать со всеми разновидностями стали. Чтобы сварить прочный шов, нужно периодически производить заточку вольфрамового электрода. Эта процедура позволит увеличить срок эксплуатации электрического проводника и снижает риск сокращения его ресурсных показателей. Выделяют следующие значение углов заточки электродов:

1. 10–20 °С: при малой силе электротока.
2. 20-30 °C: при средних значениях тока.
3. 60-120 °C: при повышенной силе электротока.

Если угол заточки меньше 20 °С, то физические свойства вольфрамового электрода изменятся. При высоких температурах (свыше 90 °C) устойчивость электрической дуги во время горения снижается. Заточку необходимо производить вдоль поверхности электрического проводника, чтобы не деформировать его. Точение осуществляется при помощи болгарок, кругов из мелкозернистых абразивных материалов и наждачной бумаги. Для обеспечения высокой точности заточки рекомендуется закрепить электрод на стержне шуруповерта или дрели.

Заточенный электрический проводник закрепляется на конической трубке, расположенной на сопле горелки. Часть электрода накрывается футляром, предотвращающим короткое замыкание. Для TIG сварки необходимо использовать горелки РГА-150 или РГА-440. Их основные параметры указаны в ГОСТ 5.917-71.

ГОСТ 5.917-71 Горелки ручные для аргонодуговой сварки типа РГА-150 и РГА-400

1 файл(ы) 287.76 KB
Горелка с электрическим проводником помещается в сварочную ванну с инертным газом. В результате электрод изолируется от кислорода. Запуск аргона контролируется при помощи функциональных кнопок на горелке. Во время настройки горелки рекомендуется увеличить вылет электрода. В этом случае электрическая дуга сможет сваривать труднодоступные элементы металлических заготовок.

В процессе аргонодуговой сварки плавящимся электродом происходит разжигание электрической дуги. Во время ее горения расплавляются кромки свариваемых деталей. В сварочных ваннах без газа электронная дуга не сможет стабильно гореть. В результате увеличится пористость шва, снижающая его прочность.

При ТИГ сварке не рекомендуется применять неплавящиеся электроды. В этом случае электрическая дуга не загорится при взаимодействии вольфрамового проводника с металлической поверхностью. При розжиге дуги неплавящимися электродами образуется слабая искра, что обусловлено высокой степенью ионизации инертного газа.

Если в процессе TIG сварки между свариваемыми металлами образуется зазор, то нужно использовать присадочную проволоку. Это приспособление позволит создать прочный шов, не подвергающийся разрывам или изломам. Диаметр проволоки зависит от ширины свариваемых заготовок и формы шва.

Для создания прочных соединений металлов при помощи технологии TIG используются следующие приборы:

1. Источник электрического тока – блок питания.
2. Осциллятор – устройства для вырабатывания высокочастотного тока, разжигающего электрическую дугу.
3. Инвертор – прибор, преобразующий постоянный ток в переменный.
4. Баллоны с инертным газом.
5. Редуктор – устройство для преобразования передаваемых мощностей в полезную работу.
6. Газовая горелка.
7. Соединительные коннекторы и крепежные механизмы.

При помощи этого оборудования можно сваривать изделия из нержавейки, латуни, меди и бронзы.

Чтобы правильно выбрать приборы для TIG сварки, нужно учитывать следующие факторы:

• напряжение блока питания;
• наличие опции смены полярности;
• возможность сваривания толстых деталей в течение длительного периода времени;
• наличие жидкостной системы охлаждения, предназначенной для понижения температуры горелки;
• возможность регулировки работы инвертора при помощи дисплея;
• способность работать на производственных линиях.

Основным аппаратом для аргонодуговой сварки является сварочный инвертор. Он способен конвертировать постоянный ток в переменный, изменяя значение его частоты. Сварочный инвертор обладает следующими достоинствами:

1. Высокая эффективность и прочность конструкции, что позволяет создавать швы высокого качества за короткий промежуток времени.
2. Автономность работы. Во время эксплуатации сварщик может менять местоположение инвертора.
3. Компактность. Прибор имеет небольшой размер и весит не более 3 кг.
4. Высокий КПД, что позволяет создавать большое количество швов при минимальных ресурсных затратах.
5. Низкий расход электроэнергии, что позволяет сэкономить множество финансовых средства.
6. Низкая сложность управления. Сварщик может регулировать плавную подачу тока в ручном режиме.

Сварочный инвертор можно сконструировать в домашних условиях при помощи графических схем. Для этого нужно приобрести комплект шлангов, осциллятор и устройство для задержки подачи электротока. Самостоятельная сборка сварочного инвертора позволит сохранить большое количество денежных средств. Для осуществления монтажных работ человек должен знать основы механики и иметь опыт работы с платами и небольшими деталями.

Обучение сварке аргоном нержавейки

Нержавеющая сталь в настоящее время очень популярна в быту человека, а потому нередко требует первичной сварки или вторичного заваривания образовавшегося дефекта.

Нержавейка обладает рядом особенностей, которые сказываются на результате и тонкостях ее сварки. Так, например, пониженная в 2 раза теплопроводность нержавейки диктует необходимость снижения на 15-20% силы тока при сварке, а высокий показатель коэффициента линейного расширения моет привести к деформации изделия во время или после осуществления сварочных работ.

При сваривании труб используются все те особенности, о которых мы говорили выше, но в обязательном порядке должно выполняться следующее правило: свариваемые между собой части труб должны быть надежно фиксированы и максимально прижаты друг к другу.

Если этого не осуществить, то любое (даже микроскопическое) изменение положения одной детали относительно другой вызовет разрушение сварочного шва, а соответственно и целостности детали. Варят обычно в направлении справа налево, а горелка должна располагаться под углом 70-80 0.

Мы ознакомили вас с азами сварочного искусства, а добиться в нем мастерства вам поможет практика.

Применение

ТИГ сварка активно используется в промышленности из-за высокой температуры горения электрической дуги. Эта технология позволяет сваривать детали из углеродистой и нержавеющей стали, чугуна, алюминия и иных тугоплавких металлов. Технология TIG нашла применение в следующих сферах:

• машиностроение;
• пищевая промышленность;
• строительство зданий и объектов инфраструктуры;
• сооружение нефтяных вышек и буровых конструкций;
• прокладка трубопроводов;
• космонавтика и ракетостроение;
• строительство самолетов, поездов и кораблей.

ТИГ сварка используется в бытовых условиях. С помощью этой технологии можно устранить трещины в радиаторе автомобиля, изготовить кухонную посуду или металлические сушители для полотенец.

Преимущества и недостатки

Выделяют следующие преимущества аргонодуговой сварки:

1. При сваривании металла его поверхность не деформируется, что обусловлено узкой зоной прогрева.
2. Сварочный шов не требует очистки.
3. Экологичность: ТИГ сварка не оказывает негативное влияние на окружающую среду.
4. Универсальность: этот метод сваривания металлов можно применять при обработке деталей разной толщины и формы.
5. Низкая сложность технологического процесса. Сваривание изделий при помощи технологии TIG могут производить сварщики, не имеющие высокой квалификации.
6. Аргон не позволяет свариваемым деталям взаимодействовать с кислородом, что позволяет увеличить прочность сварочного шва.

ТИГ сварка имеет следующие недостатки:

1. Высокая стоимость используемого оборудования.
2. Низкая эффективность при сваривании изделий на открытом воздухе. Для защиты металлов от кислорода необходимо увеличивать подачу инертного газа, что приводит к перерасходу ресурсов.
3. Для обработки труднодоступных участков необходимо дополнительно обрезать электрод или увеличивать его вылет.
4. При использовании функции TIG Lift во время эксплуатации сварочных инверторов на поверхности заготовок могут возникнуть следы.

Основные недостатки ТИГ сварки зависят от профессиональных навыков сварщика и опыта работы.

Ценность профессии сварщик-аргонщик

Материалы, с которыми приходится работать данному специалисту, используются в таких отраслях тяжелой промышленности, как машино-, судо- и авиастроение, а также в ремонте автомобилей и других отраслях. Качества, которыми должен обладать специалист, работающий с аргонной сваркой, прежде всего, организованность, аккуратность, ответственность. Обязательным условием является наличие соответствующих знаний и опыта работы.

Для получения специального разряда и допуска на проведение работ, в которых задействована аргонная сварка, ученику необходимо пройти специальные курсы, повышающие его квалификацию. Обучение даст возможность получить знания о химических и физических свойствах металлов, с которыми придется столкнуться в работе. В программу входят обязательные лекции по технике безопасности, которые помогут уберечь от ситуаций, опасных для жизни и здоровья. Окончание учебы сопровождается экзаменом и получением разряда.

По какой причине профессия сварщик-аргонщик сегодня настолько высоко востребована? Во-первых, получить разряд может не каждый. Во-вторых, область применения специализации получает все большее распространение. Поэтому аргонщики нужны не только на крупных предприятиях, но и в малых, узконаправленных организациях. С уверенностью можно сказать, что аргонщик – это престижная профессия, способная приносить ее обладателю высокий доход.

Сварочный источник питания

Для подачи электричества в процессе TIG сварки используются следующие виды источников питания:

1. Блок питания для MMA сварки. Он имеет внешнюю вольтамперную характеристику, позволяющую осуществлять розжиг электрической дуги.
2. Блок питания AC/DC. Он оснащен функциональными кнопками, позволяющими регулировать форму шва. С помощью этого устройства можно производить сварку как при переменном, так и при постоянном токе.
3. Установки PROTIG и MECHTIG. Они созданы на базе инверторного источника питания DC. Управление процессом сварки осуществляется при помощи компьютерного устройства.

Выбирать блок питания необходимо в соответствии со схемами сварочного инвертора. В противном случае приборы не смогут подключиться к единой электросети. Важно, чтобы сварочные инверторы для TIG сварки были оборудованы влагоотделителями. Они не позволяют влаге проникнуть аргоновую среду. При попадании жидкости на свариваемую поверхность на шве появиться множество трещин.

Аргонодуговая сварка, термины. А как это будет правильно…?

Работая с технической литературой, можно обратить внимание на то, что сам термин – «аргонодуговая сварка» часто имеет разные формы записи. Употребляются формы: «аргонная сварка», «аргонно-дуговая сварка», «аргоно-дуговая сварка». Подчас разгораются нешуточные споры по данному вопросу….. Наш русский язык велик и могуч, поэтому, глубоко не вдаваясь в его правила, предлагаю больше внимания уделить самому процессу TIG-сварки, а для определения понятия использовать ГОСТ 2601-84 «Сварка металлов. Термины и определения основных понятий».

Используемые сварочные материалы

Для TIG сварки требуются следующие материалы:

• защитные газы;
• электрические проводники (электроды);
• присадочные прутки и проволоки.

Сварочные материалы обеспечивают стабильное горение электрической дуги и получение сварных беспористых швов с высокой устойчивостью к механическим воздействиям.

Защитные газы

Защитные газы для TIG сварки оказывают влияние на перенос металлов, форму и физические характеристики шва. Они позволяют увеличить скорость и эффективность сварки. Чаще всего в качестве защитного газа используется аргон. Он имеет невысокую теплопроводность и низкий потенциал ионизации. При сварке деталей в аргоновой среде шов получается глубоким и узким.

Также в качестве защитного газа для ТИГ сварки может использоваться гелий. Он легко проводит тепло и обладает высоким потенциалом ионизации. При сваривании изделий в гелиевой среде увеличивается ширина шва. Данный инертный газ обеспечивает стабильное смачивание свариваемых заготовок по краям.

Электроды

Электроды для аргонодуговой сварки состоят из прочного вольфрама, являющегося одним из самых тугоплавких химических элементов. Они улучшают качество шва слабо нагреваются при горении электрической дуги. В следующей таблице представлен расход вольфрамовых электродов при аргонодуговой сварке деталей из различных материалов:
Расход электродов

Вольфрамовые электроды для аргонной сварки не требуют применения присадок и различных проволок. Для улучшения технических характеристик электрических проводников необходимо проводить их предварительную заточку. Эта процедура обеспечит стабильное горение дуги во время сваривания заготовок.

Текст книги «Сварочные работы: Практическое пособие для электрогазосварщика»

Евгений Максимович Костенко

Сварочные работы: Практическое пособие для электрогазосварщика

Введение

В условиях научно-технического прогресса особенно важно развитие определяющих его областей науки, техники и производства. К ним могут быть отнесены сварка и резка металлов, которые во многих отраслях промышленности являются одними из основных факторов, определяющих темпы технического прогресса, и оказывают существенное влияние на эффективность общественного производства. Практически нет ни одной отрасли машиностроения, приборостроения и строительства, в которой не применялись бы сварка и резка металлов.

Сварное исполнение многих видов металлоконструкций позволило наиболее эффективно использовать заготовки, полученные прокаткой, гибкой, штамповкой, литьем и ковкой, а также металлы с различными физико-химическими свойствами. Сварные конструкции по сравнению с литыми, коваными, клепаными и т. п. являются более легкими и менее трудоемкими. С помощью сварки получают неразъемные соединения почти всех металлов и сплавов различной толщины – от сотых долей миллиметра до нескольких метров.

Основоположниками электрической дуговой сварки металлов и сплавов являются русские ученые и изобретатели.

По уровню развития сварочного производства СССР являлся ведущей страной в мире. И впервые осуществил эксперимент по ручной сварке, резке, пайке и напылению металлов в открытом космосе.

Успешно ведутся работы в специализированном институте сварочного профиля – Институте электросварки им. Е. О. Патона АН Украины (ИЭС).

Рост технического прогресса – введение в эксплуатацию сложного сварочного оборудования, автоматических линий, сварочных роботов и т. д. – повышает требования к уровню общеобразовательной и технической подготовки кадров рабочих-сварщиков. Цель настоящей книги – помочь учащимся профессионально-технических училищ, учебно-курсовых комбинатов, а также учащимся при подготовке на производстве освоить профессию электрогазосварщика.

Раздел первый

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ, СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ И ШВАХ

Глава 1

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ВИДОВ СВАРКИ

1. Общие сведения об основных видах сварки

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого (в соответствии с существующими стандартами).

Различают два основных наиболее распространенных вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением.

Сущность сварки плавлением

состоит в том, что металл по кромкам свариваемых частей оплавляется под действием теплоты источника нагрева. Источником нагрева могут быть электрическая дуга, газовое пламя, расплавленный шлак, плазма, энергия лазерного луча. При всех видах сварки плавлением образующийся жидкий металл одной кромки соединяется и перемешивается с жидким металлом другой кромки, создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После затвердевания металла сварочной ванны получается сварной шов.

Сущность сварки давлением

состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей путем их сжатия под нагрузкой при температуре ниже температуры плавления. Сварной шов получается в результате пластической деформации. Сваркой давлением хорошо свариваются только пластические металлы: медь, алюминий, свинец и др. (холодная сварка).

Среди большого разнообразия различных видов сварки плавлением ведущее место занимает дуговая сварка, при которой источником теплоты является электрическая дуга.

В 1802 г. русский ученый В. В. Петров открыл явление электрического дугового разряда и указал на возможность использования его для расплавления металлов. Своим открытием Петров положил начало развитию новых отраслей технических знаний и науки, получивших в дальнейшем практическое применение в электродуговом освещении, а затем при электрическом нагреве, плавке и сварке металлов.

В 1882 г. ученый-инженер Н. Н. Бенардос, работая над созданием крупных аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов.

Ученый-инженер Н. Г. Славянов в 1888 г. предложил производить сварку плавящимся металлическим электродом. С именем Славянова связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, создание первого автоматического регулятора длины дуги и первого сварочного генератора. Им были предложены флюсы для получения высококачественного металла сварных швов. (В Московском политехническом музее имеется подлинный сварочный генератор Славянова и экспонируются образцы сварных соединений.)

В 1924—1935 гг. применяли в основном ручную сварку электродами с тонкими ионизирующими (меловыми) покрытиями. В эти годы под руководством академика В. П. Вологдина были изготовлены первые отечественные котлы и корпуса нескольких судов. С 1935—1939 гг. стали применяться толстопокрытые электроды. Для электродных стержней использовали легированную сталь, что позволило использовать сварку для изготовления промышленного оборудования и строительных конструкций. В процессе развития сварочного производства, под руководством Е. О. Патона (1870—1953), была разработана технология сварки под флюсом. Сварка под флюсом позволила увеличить производительность процесса в 5—10 раз, обеспечить хорошее качество сварного соединения за счет увеличения мощности сварочной дуги и надежной защиты расплавленного металла от окружающего воздуха, механизировать и усовершенствовать технологию производства сварных конструкций. В начале 50-х годов Институтом электросварки им. Е. О. Патона была разработана электрошлаковая сварка, что позволило заменить литые и кованые крупногабаритные детали сварными; заготовки стали более транспортабельными и удобными при сборке-монтаже.

Промышленное применение с 1948 г. получили способы дуговой сварки в инертных защитных газах: ручная – неплавящимся электродом, механизированная и автоматическая – неплавящимся и плавящимся электродом. В 1950—1952 гг. в ЦНИИТмаше при участии МВТУ и ИЭС им. Е. О. Патона была разработана сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа – процесс высокопроизводительный и обеспечивающий хорошее качество сварных соединений. Сварка в среде углекислого газа составляет около 30 % объема всех сварочных работ в нашей стране. Разработкой этого способа сварки руководил доктор наук, профессор К. Ф. Любавский.

В эти же годы французскими учеными был разработан новый вид электрической сварки плавлением, получивший название электроннолучевой сварки.

Этот способ сварки применяется и в нашей промышленности. Впервые в открытом космосе была осуществлена автоматическая сварка и резка в 1969 г. космонавтами В. Кубасовым и Г. Шониным. Продолжая эти работы, в 1984 г. космонавты С. Савицкая и В. Джанибеков провели в открытом космосе ручную сварку, резку и пайку различных металлов.

К сварке плавлением относится также газовая сварка, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки (в соответствии с существующими стандартами). Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда началось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В этот период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и обеспечивала получение наиболее прочных соединений. Наибольшее распространение получила газовая сварка с применением ацетилена. С развитием сети железных дорог и вагоностроения газовая сварка не могла обеспечить получение конструкций повышенной надежности. Большее распространение получает дуговая сварка. С созданием и внедрением в производство высококачественных электродов для ручной дуговой сварки, а также разработкой различных методов автоматической и механизированной дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов, контактной сварки газовая сварка вытеснялась из многих производств. Тем не менее, газовая сварка применяется во многих отраслях промышленности при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и других цветных металлов и их сплавов; наплавочных работах. Разновидностью газопламенной обработки является газотермическая резка, которая широко применяется при выполнении заготовительных операций при раскрое металла.

К сварке с применением давления относится контактная сварка, при которой используется также тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока. Различают точечную, стыковую, шовную и рельефную контактную сварку.

Основные способы контактной сварки разработаны в конце прошлого столетия. В 1887 г. Н. Н. Бенардос получил патент на способы точечной и шовной контактной сварки между угольными электродами. Позднее эти способы контактной сварки, усовершенствованные применением электродов из меди и ее сплавов, стали наиболее распространенными.

Контактная сварка занимает ведущее место среди механизированных способов сварки. В автомобилестроении контактная точечная сварка является основным способом соединения тонколистовых штампованных конструкций. Кузов современного легкового автомобиля сварен более чем в 10 000 точек. Современный авиалайнер имеет несколько миллионов сварных точек. Стыковой сваркой сваривают стыки железнодорожных рельсов, стыки магистральных трубопроводов. Шовная сварка применяется при изготовлении бензобаков. Рельефная сварка является наиболее высокопроизводительным способом сварки арматуры для строительных железобетонных конструкций.

Особенность контактной сварки – высокая скорость нагрева и получение сварного шва. Это создает условия применения высокопроизводительных поточных и автоматических линий сборки узлов автомобилей, отопительных радиаторов, элементов приборов и радиосхем.

Контрольные вопросы:

1. Что называется сваркой и какие основные два вида сварки вы знаете?

2. Расскажите о сущности сварки плавлением и сварки давлением.

3. Расскажите о новых видах сварки.

4. Что вы знаете о применении газовой сварки?

5. Что вы знаете о контактной сварке и ее достоинствах?

2. Классификация сварки плавлением

Сварку плавлением в зависимости от различных способов, характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок деталей можно условно разделить на следующие основные виды:

электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;

электрошлаковая сварка, где основным источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;

электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов;

лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц – фотонов;

газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки.

Более подробную классификацию можно провести и по другим характеристикам, выделив сварку плавящимся и неплавящимся электродом, дугой прямого и косвенного действия; открытой дугой, под флюсом, в среде защитного газа, дуговой плазмой.

Классификация дуговой сварки производится также в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода и полярности тока и т. д.

По степени механизации различают сварку ручную, механизированную (полуавтоматом) и автоматическую. Каждый из видов сварки в соответствии с этой классификацией характеризуется своим способом зажигания и поддержания определенной длины дуги; манипуляцией электродом для придания свариваемому шву нужной формы; способом перемещения дуги по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

При ручной сварке указанные операции выполняются рабочим-сварщиком вручную без применения механизмов (рис. 1).

При сварке на полуавтомате плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются сварщиком вручную (рис. 2).

При автоматической сварке механизируются операции по возбуждению дуги и перемещению ее по линии наложения шва с одновременным поддержанием определенной длины дуги (рис. 3). Автоматическая сварка плавящимся электродом производится, как правило, сварочной проволокой диаметром 1—6 мм; при этом режимы сварки (сварочный ток, напряжение дуги, скорость перемещения дуги и др.) более стабильны. Этим обеспечивается качество сварного шва по его длине, однако требуется более тщательная подготовка к сборке деталей под сварку.

Рис. 1.

Схема ручной сварки покрытым электродом:
1
– сварочная дуга;
2
– электрод;
3
– электрододержатель;
4
—сварочные провода;
5
– источник питания (сварочный трансформатор или выпрямитель);
6
– свариваемая деталь,
7
– сварочная ванна;
8
—сварной шов;
9
– шлаковая корка

Рис. 2.

Схема механизированной (полуавтоматом) сварки под слоем флюса:
1
– держатель;
2
– гибкий шланг,
3
– кассета со сварочной проволокой;
4
– подающий механизм;
5
—источник питания (выпрямитель),
6
– свариваемая деталь;
7
– сварной шов;
8
– шлаковая корка;
9
—бункер для флюса

Рис. 3.

Схема автоматической дуговой сварки под слоем флюса:
1
– дуга;
2
– газовый пузырь (полость);
3
– сварочная головка;
4
– тележка (сварочный трактор);
5
– пульт управления;
6
—кассета со сварочной проволокой;
7
– свариваемая деталь;
8
– сварочная ванна;
9
– сварной шов;
10
– шлаковая корка;
11
– расплавленный флюс;
12
– нерасплавленный флюс

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные виды сварки плавлением.

2. Что вы знаете о механизированных способах сварки?

3. Каковы особенности автоматической сварки?

3. Сущность основных способов сварки плавлением

При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока.

В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося электрода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае сварной шов получается за счет основного металла и металла электрода.

К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые; к неплавящимся – угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.

При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов необходима защита сварочной ванны от воздействия атмосферных газов – кислорода, азота и водорода, так как они могут проникать в жидкий металл и ухудшать качество металла шва. По способу защиты сварочной ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от воздействия атмосферных газов дуговая сварка разделяется на следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защитном газе, под флюсом, самозащитной порошковой проволокой и со смешанной защитой.

Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Сварка покрытыми электродами улучшает качество металла шва. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки). Покрытые электроды применяются для ручной дуговой сварки, в процессе которой необходимо подавать электрод в зону горения дуги по мере его расплавления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью формирования шва (см. рис. 1).

При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного металла, электродная проволока и част флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и больших толщин металла на полуавтоматах и автоматах (см. рис. 3).

Сварку в среде защитных газов выполняют как плавящимся элек тродом, так и неплавящимся с подачей в зону горения дуги присадоч ного металла для формирования сварного шва.

Сварка может быть ручной, механизированной (полуавтоматом и автоматической. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Чаще применяются смеси газов: аргон + кислород, аргон + гелий, аргон + углекислый газ + ккислород и др. В процессе сварки защитные газы подаются в зон горения дуги через сварочную головку и оттесняют атмосферные газы от сварочной ванны (рис. 4). При электрошлаковой сварке тепло, идущее на расплавление металла изделия и электрода, выделяется под воздействием электрического тока, проходящего через шлак. Сварк осуществляется, как правило, при вертикальном расположении свариваемых деталей и с принудительным формированием металла шв (рис. 5). Свариваемые детали собираются с зазором. Для предотвращения вытекания жидкого металла из пространства зазора и формирования сварного шва по обе стороны зазора к свариваемым деталям прижимаются охлаждаемые водой медные пластины или ползуны. По мере охлаждения и формирования шва ползуны перемещаются снизу вверх.

Рис. 4.

Схема сварки в среде защитных газов плавящимся (а) и неплавящимся (б) электродом.
1
– сопло сварочной головки;
2
– сварочная дуга;
3
– сварной шов;
4
– свариваемая деталь;
5
– сварочная проволока (плавящийся электрод);
6
– подающий механизм

Рис. 5.

Схема электрошлаковой сварки:

1

– свариваемые детали;
2
– фиксирующие скобы;
3
– сварной шов;
4
– медные ползуны (пластины);
5
– шлаковая ванна;
6
– сварочная проволока;
7
– подающий механизм;
8
– токоподводящий направляющий мундштук;
9
– металлическая ванна;
10
– карман – полость для формирования начала шва,
11
– выводные планки

Обычно электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей кожухов доменных печей, турбин и других изделий толщиной от 50 мм до нескольких метров. Электрошлаковый процесс применяют также для переплава стали из отходов и получения отливок.

Электронно-лучевая сварка производится в специальной камере в глубоком вакууме (до 13-105 Па). Энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, получается в результате интенсивной бомбардировки места сварки быстро движущимися в вакуумном пространстве электронами. Вольфрамовый или металлокерамический катод излучает поток электронов под воздействием тока низкого напряжения. Поток электронов фокусируется в узкий луч и направляется на место сварки деталей. Для ускорения движения электронов к катоду и аноду подводится постоянное напряжение до 100 кВ. Электронно-лучевая сварка широко применяется при сварке тугоплавких металлов, химически активных металлов, для получения узких и глубоких швов с высокой скоростью сварки и малыми остаточными деформациями (рис. 6).

Лазерная сварка – эта сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера. Термин «лазер» получил свое название по первым буквам английской фразы, которая в переводе означает: «усиление света посредством стимулированного излучения».

Современные промышленные лазеры и системы обработки материалов показали существенные преимущества лазерной технологии во многих специальных отраслях машиностроения. Промышленные СО2-лазеры и твердотельные снабжены микропроцессорной системой управления и применяются для сварки, резки, наплавки, поверхностной обработки, прошивки отверстий и других видов лазерной обработки различных конструкционных материалов. С помощью СО2-лазера производится резка как металлических материалов, так и неметаллических: слоистых пластиков, стеклотекстолита, гетинакса и др. Лазерная сварка и резка обеспечивают высокие показатели качества и производительности.

Рис. 6.

Схема формирования пучка электронов при электронно—лучевой сварке:
1
– катодная спираль;
2
– фокусирующая головка;
3
– первый анод с отверстием;
4
– фокусирующая магнитная катушка для регулирования диаметра пятна нагрева на детали;
5
– магнитная система отклонения пучка;
6
– свариваемая деталь (анод);
7
– высоковольтный источник постоянного тока;
8
– сфокусированный пучок электронов;
9
– сварной шов

Контрольные вопросы:

1. Что такое сварочная ванна?

2. Из чего состоит металл сварного шва при сварке плавящимся и неплавящимся электродами?

3. Какие функции выполняют плавящиеся и неплавящиеся электроды?

4. Для чего необходима защита сварочной ванны, дуги и конца нагретого электрода?

5. На какие виды подразделяется электрическая сварка плавлением по способу защиты?

6. Расскажите, в чем сущность сварки покрытыми электродами?

7. За счет чего осуществляется защита зоны горения дуги при сварке под слоем флюса?

8. В чем сущность сварки в защитных газах?

9. Кратко охарактеризуйте электрошлаковую сварку.

10. Каковы достоинства электронно-лучевой и лазерной сварки?

Влияние полярности тока на процесс сварки TIG

Сваривание металлов при помощи технологии TIG может осуществляется различными способами. Режиме аргонодуговой сварки зависят от полярности. Этот параметр определяет характер взаимодействия инертного газа и электрода. Выделяют 2 разновидности полярности:

1. Прямая: повышенный ввод тепловой энергии в свариваемое изделие. Отличается узкой зоной расплавления.
2. Обратная: повышенный ввод тепла в электрод. Зона расплавления отличается небольшой глубиной.

Обратная и прямая полярности отличаются несимметричностью выделения тепла. Этот параметр характеризуется напряжением в отдельных областях дуги и видом тока.

Постоянный ток

Во время сваривания деталей при постоянном токе применяется прямая полярность. Сварка в этом режиме имеет следующие преимущества:

1. Низкий расход электрической энергии.
2. Позволяет обрабатывать узкие участки деталей.
3. Увеличение скорости и эффективности сваривания.

Сварка при постоянном токе отличается высокой сложностью технологического процесса, поэтому она используется редко.

Переменный ток

Во время сваривания заготовок при переменном токе используется обратная полярность. В этом режиме смена полюсов осуществляется в автоматическом режиме. Переменный ток обеспечивает стабильность горения электрической дуги. Он позволяет очистить поверхность металлов от оксидной пленки, что улучшает качество шва. Сварка при переменном токе отличается низкой сложность технологического процесса и часто используется на крупных производствах.

Как происходит работа?

Для сварки вам необходимо специальное оборудование, как, например, горелка.

Горелка, предназначенная для сварки в аргоновой среде, оснащена вольфрамовым неплавящимся электродом — главной деталью, за счет которой работает аппарат.

Электрод находится снаружи корпуса аппарата (примерно на 2-5 мм).

С внутренней стороны горелка оснащена специальным держателем, благодаря которому можно пользоваться электродом разного размера – держатель способен зафиксировать их все.

Однако размер электрода подбирается в соответствии с металлом, который будет обрабатываться, от него же зависит и расход энергии во время работы.

Рядом с электродом внутри находится сопло, сделанное из керамики – его надевают так, чтобы оно опоясывало электрод. С помощью сопла в рабочую область будет поступать газ, поэтому этот элемент тоже очень важен.

Обязательно для работы своими руками понадобится присадка, или, по-другому, присадочная проволока – ее делают из материала, такого же, как металлические заготовки.

Диаметром присадочная проволока также должна соответствовать обрабатываемому вами металлу – ее точный размер можно будет узнать в специализированной таблице.

Сварка в аргоновой среде в ручном режиме – наиболее доступный метод, легко повторяемый своими руками для начинающих.

В этом случае присадочная проволока и горелка должны удерживаться тем, кто занимается сварочными работами.

Прежде чем начинать сварку, нужно обезжирить поверхность труб, дисков из стали, латуни и других металлов, с которыми вы работаете, а также очистить их от окисления.

Очистку можно проводить механически или химически, исходя из ваших предпочтений и возможностей.

Первый этап сварки такой же, как и при дуговом процессе: на обрабатываемую заготовку должна быть подана «масса».

Если вы обрабатываете маленькие детали из стали или другого материала, то подача может осуществляться просто в область рабочего стола или ванны, где происходит работа.

Проволока при этом способе сварки в электрической цепи отсутствует и будет подана отдельно несколько позже.

Горелка должна быть зафиксирована в одной руке мастера, а проволока – в другой. Горелка всегда оснащена кнопкой, регулирующей подачу газа и тока.

Газ должен быть подан раньше – за 20с до начала. Выбирая силу тока и давление, нужно ориентироваться на тип обрабатываемого материала, либо свой прошлый опыт работы своими руками.

Горелка, оснащенная электродом, должна располагаться очень близко к материалу, с которым вы работаете – на расстоянии около 2 мм.

На этом расстоянии между металлом и электродом появится электрическая дуга, способная расплавлять кромку деталей, достаточно только направлять ее в нужном направлении.

Весь процесс сварки можно проследить на видео для начинающих – посмотрите его, прежде чем начнете работу своими руками.

Такая близость расположения между электродом и металлом объясняется тем, что в этом случае получается короткая дуга, и от нее зависит, насколько глубоко будет проплавлена деталь из стали, нержавейки или другого материала.

Если дуга крупная, то шов получится очень широким и некрасивым, особенно это будет бросаться в глаза на покрытии труб, дисков или декоративных объектов из нержавейки, латуни и т.д.

Кроме эстетического фактора, большой шов делает сварку менее качественной – чем он больше, тем менее устойчив, и тем больше напряжение в нем.

Присадочная проволока в рабочую зону подается через медленные постепенные движения: горелка должна двигаться вдоль шва, избегая пересекать шов поперек.

Качество шва зависит от того, насколько качественно работает оборудование, а также от умений мастера: чем более плавными и четкими будут движения, тем лучше вы сможете сделать шов на поверхности труб, дисков из нержавейки, латуни или других металлов.

Если проволока через оборудование будет подаваться слишком резко, то металл начнет разбрызгиваться, что может быть травмоопасно.

Своими руками воспроизвести технологию сварки аргоном правильно не так просто, если вы никогда этого не делали – плавные и аккуратные движения достигаются только через практику.

Однако начинать учиться на аргоновой сварке не стоит, т.к. это весьма сложный процесс.

При работе лучше всего, чтобы проволока была расположена перед горелкой.

Горелка и проволока должны иметь положение под углом к рабочей области, таким образом, сделать шов прямым и узким будет проще.

Для зажигания дуги во время сварки понадобится специализированное оборудование – осциллятор.

Он посылает электродам импульсы с высоким содержанием вольт, которые отвечают за процессы ионизации дугового промежутка.

Обычное напряжение сети – 220В, при такой мощности осциллятор способен преобразовывать и поставлять напряжение до 6000В с сохранением частоты до 500 кГц. Благодаря такой мощности зажигание электрода происходит быстро и просто.

Оборудование, соответствующее ГОСТ – единственный способ правильно зажечь электрод, поскольку зажигать его от свариваемой поверхности запрещается – из-за большого ионизационного потенциала, который при таком способе зажигания приведет к загрязнению металла труб, дисков стали, латуни и других материалов.

Техника сваривания

Сварка TIG производится по следующему алгоритму:

1. Сборка сварочного аппарата: соединение инвертора с осциллятором, накрутка редуктора, подготовка баллона с аргоном, подключение горелки.
2. Очистка свариваемой поверхности.
3. Подача инертного газа.
4. Включение горелки и розжиг электрической дуги.
5. Регулировка движения дуги, подача проволоки.
6. Формирование шва.

Во время сваривания горелку необходимо держать в левой руке. Угол между электродом и проволокой должен составлять 90°. Электрический проводник нужно расположить на расстоянии 0,2 см от свариваемой поверхности. Важно правильно настроить подачу аргона, газ должен подаваться перед включением источника питания.

Основные параметры режима ручной сварки TIG

Режим ручной аргонодуговой сварки имеет следующие параметры:

• сварочный ток: характеризуется полярностью и силой;
• диаметр электрода;
• скорость сваривания;
• сила тока;
• расход защитного газа.

Существуют также дополнительные параметры ручного режима сварки TIG. К ним относятся положение шва, покрытие электрода и толщина свариваемых деталей.

Особенности сварки алюминия и алюминиевых сплавов

Сварку алюминия необходимо производить при переменном токе, что позволит очистить поверхность металла от оксидной пленки. Перед свариванием необходимо обезжирить заготовки с помощью растворителя. Во время обработки алюминия присадочная проволока должна перемещаться вдоль шва. Ее нужно расположить перед электрическим проводником. Наивысшее качество шва при сваривании алюминия обеспечивается при сварке деталей в горизонтальном положении.

Особенности аргонной сварки

Прежде, чем говорить о технике и правилах сварки с помощью аргона, давайте разберемся, что вам для этого потребуется.

Итак, для осуществления сварки аргоном подготовьте:

• баллон с необходимым газом (в нашем случае с аргоном);
• пластина из угля;
• обеспечьте 3-хфазное питание;
• обзаведитесь дополнительным источником тока.

Теперь можно начать обучение сварке аргоном. В этом процессе существует несколько особенностей, которые мы рассмотрим попунктно.

Для начала подводим инертный газ к сварочной горелке (СГ). Затем разбираемся с фазами: первая должна быть подведена к СГ, а вторая – к свариваемой поверхности. СГ обеспечивается электродом из вольфрама, который затачивают под конусовидную форму малого диаметра (его длина должна равняться 2-3 диаметрам проволоки для сварки).

Это азы аргонной сварки. Рассмотрим особенности сварки на примере алюминия и нержавеющего металла.

Правила безопасности

При сваривании деталей с помощью технологии TIG нужно соблюдать технику безопасности:

1. Голова должны быть защищена маской со смотровым стеклом.
2. На руки надевается войлочные или спилковые перчатки.
3. Тело должно быть защищено костюмом с высокой теплостойкостью.
4. Баллон с аргоном нужно размещать на расстоянии 5 м от источника питания, чтобы предотвратить возгорание.
5. Проверять работу основных приборов перед их эксплуатацией.