Технология газовой сварки

Введение

 

 

Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в  современном производстве. Свариваются  корпуса гигантских супертанкеров  и сетчатка человеческого глаза, миниатюрные детали полупроводниковых  приборов и кости человека при  хирургических операциях. Многие конструкции современных машин и сооружений, например космические ракеты, подводные лодки, газо- и нефтепроводы, изготовить без помощи сварки невозможно. Развитие техники предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности, к технологии сварки. Сегодня сваривают материалы, которые еще относительно недавно считались экзотическими. Это титановые, ниобиевые и бериллиевые сплавы, молибден, вольфрам, композиционные высокопрочные материалы, керамика, а также всевозможные сочетания разнородных материалов. Свариваются детали электроники толщиной в несколько микрон и детали тяжелого оборудования толщиной в несколько метров. Постоянно усложняются условия, в которых выполняются сварочные работы: сваривать приходится под водой, при высоких температурах, в глубоком вакууме, при повышенной радиации, в невесомости.

 

Все это предъявляет повышенные требования к квалификации специалистов в области сварки, в особенности  рабочих-сварщиков, так как именно они непосредственно осваивают  новые способы и приемы сварки, новые сварочные машины. Сегодня рабочему сварщику недостаточно уметь выполнять несколько пусть даже сложных, операций освоенного им способа сварки. Он должен понимать физическую сущность основных процессов, происходящих при сварке, знать особенности сварки различных конструкционных материалов, а также смысл и технологические возможности других, как традиционных, так и новых, перспективных способов сварки.

 

1. Описание изделия

 

 

Предназначенное изделие предназначено  для использования в качестве опоры для установки и монтажа несущих колонн, при сооружении зданий промышленного назначения.

 

Опора представляет собой сварную  конструкцию коробчатого типа.

 

Рис.1. Конструкция изделия

 

Все детали этой конструкции изготовлены  из стали марки 09Г2С.

 

Сталь 09Г2С относится к малоуглеродистым, низколегированным сталям.

 

Стали этого класса обладают хорошей  свариваемостью всеми видами дуговой  сварки и широко используются для  изготовления сварных конструкций  применяемых в строительной индустрии.

 

Таблица 1

 

Химический состав стали 09Г2С

 

Углерод C, % 

Кремний Si, %  

Марганец Mn, %  

Хром Cr, % 

Никель Ni, % 

Медь Cu, % 

 

? 0,12 

0,5-0,8 

1,3-1,7 

?0,3 

?0,3 

?0,3 

 

 

 

Таблица 2

 

Механические свойства стали 09Г2С

 

Толщина проката, мм 

Временное сопротивление разрыву уВ, МПа 

Предел текучести уТ, МПа 

Относительное удлинение д5, % 

Ударная вязкость КСU, Дж/см?, при температуре,

 

?C 

 

+20 

-40 

-70 

 

10-20

 

21-32 

470

 

460 

325

 

305 

21 

59 

34 

29 

 

 

 

Сварные конструкции используемые в качестве несущих элементов при возведении зданий и сооружений относятся ко II группе ответственности, т.к., их разрушение в процессе эксплуатации может привести к большим материальным затратам.

 

II группа ответственности требует  повышенного внимания к качеству  выполнения работ всего производственного цикла (от заготовки материала до обьёма окончательного контроля изделия).

 

Учитывая особенности конструкции  изделия, материал входящих деталей, а  также годовую программу выпуска (2000 шт.) наиболее оптимальным способом изготовления будет полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа.

 

2. Способ сварки

 

 

Сварка в защитных газах является одним из способов дуговой сварки. При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая  электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Сварка в защитных газах отличается следующими преимуществами: высокая производительность (в 2...3 раза выше обычной дуговой сварки), возможность сварки в любых пространственных положениях, хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы, отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке; малая зона термического влияния; относительно малые деформации изделий; возможность наблюдения за процессом формирования шва; доступность механизации и автоматизации. Недостатками этого способа сварки являются необходимость принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и применение относительно дорогих защитных газов.

 

Известны следующие разновидности  сварки в защитном газе: в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в  нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в углекислом газе. В практике наиболее широкое применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Инертный газ -- гелий применяется очень редко ввиду его большой стоимости. Для сварки ответственных конструкций широко применяется сварка в смеси газов аргона и углекислого газа в соотношении 85% аргона и 15% С02. Качество этой сварки сталей очень высокое. Питание дуги осуществляют источники постоянного тока с жесткой характеристикой. В последние годы применяются в основном сварные выпрямители серии ВДУ с универсальной внешней характеристикой, т. е. жесткой, либо крутопадающей простым переключением пакетника.

 

Переменный ток не применяется  из-за низкой устойчивости процесса горения  дуги, плохого формирования и плохого  качества шва. Напряжение на дуге при  сварке в С02 должно быть не более 30 В, так как с увеличением напряжения и длины дуги увеличивается разбрызгивание и окисление. Обычно напряжение дуги -- 22-- 28 В, скорость сварки -- 20-80 м/ч, расход газа 7--20 л/мин. Сварка в С02 с проволокой дает провар более глубокий, чем электроды, поэтому при переходе с ручной сварки оправданным считается уменьшение катетов примерно на 10%. Это объясняется повышенной плотностью тока на 1 мм2 электродной проволоки. Основные элементы режима сварки в С02 в табл.1.

 

Таблица 3

 

Типовые параметры режима сварки в С02

 

Диаметр проволоки, м 

Сварочный ток, А 

Скорость

 

подачи проволоки

 

м/ч 

Напряжене на дуге, В 

Расход

 

газа,

 

л/мин 

Вылет проволоки, мм 

 

0,8 

50--110 

устанавл. подбором под режим 

18--20 

5--7 

6--12 

 

1,0 

70--150  

19--21 

7--9 

7--13 

 

1,2 

90--230  

21--25 

12--15 

8--15 

 

1,6 

150--300  

23--28 

12--17 

13--20 

 

 

 

Сварку  в углекислом газе производят почти  во всех пространственных положениях, что очень важно при производстве строительно-монтажных работ. Сварку осуществляют при питании дуги постоянным током обратной полярности. При сварке постоянным током прямой полярности снижается стабильность горения дуги, ухудшается формирование шва и увеличиваются потери электродного металла на угар и разбрызгивание. Однако коэффициент наплавки в 1,6...1,8 раза выше, чем при обратной полярности. Это качество используют при наплавочных работах Листовой материал из углеродистых и низколегированных сталей успешно сваривают в углекислом газе; листы толщиной 0,6... 1,0 мм сваривают с отбортовкой кромок. Допускается также сварка без отбортовки, но с зазором между кромками не более 0,3...0,5 мм. Листы толщиной 1,0...8,0 мм сваривают без разделки кромок; при этом зазор между свариваемыми кромками должен быть не более 1 мм. Листы толщиной 8... 12 мм сваривают V-образным швом, а при больших толщинах -- Х-образным швом. Перед сваркой кромки изделия должны быть тщательно очищены от грязи, краски, окислов и окалины. Сварочный ток и скорость сварки в значительной степени зависят от размеров разделки свариваемого шва, т. е. от количества наплавляемого металла. Напряжение устанавливается таким, чтобы получить устойчивый процесс сварки при возможно короткой дуге (1,5...4,0 мм). При большей длине дуги процесс сварки неустойчивый, увеличивается разбрызгивание металла, возрастает возможность окисления и азотирования наплавляемого металла.

 

Рис. 2. Движение электрода во время сварки в углекислом газе при выполнении многослойного  шва

 

На рисунке  показаны движения электрода во время  сварки в углекислом газе при выполнении многослойного шва. Рекомендуется для снижения опасности образования трещин первый слой сваривать при малом сварочном токе. Заканчивать шов следует заполнением кратера металлом. Затем прекращается подача электродной проволоки и выключается ток. Подача газа на заваренный кратер продолжается до полного затвердевания металла.

 

3. Состав  оборудования

 

 

В состав технологического оборудования, необходимого для выполнения сварочных работ при дуговой  механизированной сварке в защитных газах входят:

 

· источник питания;

 

· сборочно-сварочные приспособления;

 

· газовая аппаратура;

 

· приборы газовой магистрали;

 

· сварочный аппарат (полуавтомат).

 

3.1 Источник питания

 

 

Источником питания (ИП) сварочной  дуги называют устройство, которое  обеспечивает необходимый род и силу тока дуги.

 

Источник питания и сварочная  дуга образуют взаимосвязанную энергетическую систему, в которой ИП выполняет  следующие основные функции: обеспечивает условия начального возбуждения (зажигания) дуги, ее устойчивое горение в  процессе сварки и возможность производить настройку (регулирование) параметров режима.

 

Важной технической характеристикой  ИП, которая обусловливает возможность  его работы с той или иной разновидностью дуги, является зависимость напряжения на "сварочных" зажимах (клеммах) ИП от сварочного тока. Эту зависимость называют внешней вольт-амперной характеристикой (ВАХ) ИП. Наиболее характерные ВАХ для известных ИП: крутопадающая, пологопадающая и жесткая.

 

По роду тока в сварочной цепи различают:

 

1) источники переменного тока - сварочные однофазные и трехфазные трансформаторы, специализированные установки для сварки алюминиевых сплавов;

 

2) источники постоянного тока - сварочные выпрямители и генераторы  с приводами различных типов. 

 

По количеству обслуживаемых постов могут быть однопостовые и многопостовые, а по применению - общепромышленные и специализированные источники питания.

 

В данном случае мы используем современный  мощный 400-амперный инверторный ИП для  полуавтоматической сварки и наплавки в среде защитных или активных газов марки DC 400.33.

 

Данный ИП имеет:

 

· Дистанционное управление напряжением  сварки.

 

· Цифровой индикатор тока и напряжения сварки.

 

· Функцию <<электронный дроссель>>.

 

· Питание как от стационарной сети так и от дизель-генератора.

 

Таблица 4

 

Технические характеристики инвертора DC 400.33

 

Напряжение питания, В 

3 80,+10% -15 % 

 

Потребляемая мощность, кВА, не более 

20 

 

Напряжение источника (пдавнорегулируемое), В 

16-36 

 

Сварочный ток (плавнорегулируемый), А 

_ 

 

Номинальный режим работы ПН, % (при +40 С) 

60 

 

Максимальный ток при ПН= 100%, А 

300 

 

Диапазон рабочих температур, С 

От - 40 до + 40 

 

Масса, кг 

44 

 

Габаритные размеры, мм 

610x280x535 

 

 

 

Для ИП марки DC 400.33 мы подобрали подающий механизм марки ПМ-4.33. Он предназначен для сплошной стальной, алюминиевой и порошковой проволокой от 0.6 до 2.4 мм при работе с аппаратом ДС400.33, ДС400.33УКП или любым другим источником имеющим <<жесткую>> вольтамперную характеристику.

 

Данный ПМ имеет:

 

· Исполнение с «открытой» и «закрытой катушкой»

 

· Цифровая индикация скорости подачи проволоки, сварочного тока и напряжения

 

· Плавная регулировка скорости подачи сварочной проволоки и  напряжения на дуге

 

· Цифровое задание всех параметров сварки

 

· плавное зажигание дуги, благодаря  установке замедления проволоки вначале сварки

 

· установка времени продува  в начале сварки и обдува газа после  ее окончания

 

· плавное гашение дуги, благодаря  установке замедления проволоки  при окончании сварки

 

· Четырехроликовый механизм подачи проволоки фирмы COOPTIM Ltd., (профиль ролика зависит от диаметра и вида сварочной проволоки)

 

· Зубчатое зацепление подающих и  прижимных роликов

 

· Регулируемое усилие прижима

 

· Возможна эксплуатация на удалении до 50м от сварочного источника

 

· Отсекатель защитного газа

 

· «Тест газа» и «тест проволоки» на лицевой панели

 

· Дистанционное управление скоростью  подачи проволоки

 

Таблица 5

 

Технические характеристики ПМ-4.33

 

Напряжение питания, В 

~36В 

 

Потребляемая мощность, кВА, не более 

0,2 

 

Скорость подачи проволоки, м/сек 

1-17 

 

Диаметр проволоки, мм 

 

-Сплошной 

0.6-1.6 

 

- Алюминевой 

1.0-2.4 

 

- Порошковая 

0.9-2.4 

 

Диапазон рабочих температур, °С 

От -40 до +40 

 

Масса, кг 

14 

 

Габаритные размеры, мм 

580x202x423 

 

 

 

3.2 Газобаллонное оборудование

 

 

Газовая магистраль состоит из баллона с газом, подогревателя и осушителя, которые применяют только при использовании углекислого газа, а также из редуктора, расходомера, газоэлектрического клапана и шланга, соединяющего эти элементы со сварочной горелкой.

 

 

Электрический подогреватель устанавливают для того, чтобы предупредить замерзание влаги в каналах редуктора и закупорку их льдом, между вентилем баллона и редуктором.