info@svartek.ru
Если сравнить два способа защиты сварочной ванны (чистый углекислый газ или аргонсодержащие многокомпонентные газовые смеси), то можно сделать выводы в пользу применения многокомпонентных газовых смесей. Использование газовых смесей имеет следующие преимущества:
— за счет более высокой температуры дуги повышается производительность сварки не менее чем в полтора раза при сохранении неизменной потребляемой электрической мощности (то есть обеспечивается снижение удельных энергозатрат примерно в 1,3 раза), а по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытым электродом повышение производительности составляет уже не менее 1,5 × 2,6 = 4 раза (при этом удельные энергозатраты снижаются примерно в 2 — 4 раза);
— за счет появления мелкокапельного или струйного переноса в 1,5 — 3 раза снижается разбрызгивание электродного металла и в 8 — 10 раз снижается набрызгивание электродного металла на сварной шов и околошовную зону, что определяет трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей;
— увеличивается глубина проплавления при одновременном уменьшении ширины наплавленного валика («кинжальное» проплавление); — более плавной становится линия перехода от наплавленного металла к основному металлу, что уменьшает вероятность образования очагов трещинообразования в зоне сплавления;
— механические свойства сварного соединения остаются на том же уровне, как и при сварке в углекислом газе, за исключением относительного удлинения δ, которое увеличивается примерно на 10% и ударной вязкости KCU, которая увеличивается существенно, от 1,5 до 2 раз, в зависимости от типа применяемой газовой смеси (это имеет огромное значение для металлоконструкций, работающих на открытых площадках в условиях отрицательных температур);
— стабилизируется процесс сварки и улучшается качество металла шва (снижение пористости и неметаллических включений); — снижается общий расход газовой смеси за счет большей эффективности газовой защиты; — для сварки металлоконструкций с использованием газовых сварочных смесей возможно применение сва-рочных полуавтоматов и автоматов любого производства
Защитные сварочные газовые смеси промышленно выпускаются на заводах по производству технических газов и поставляются в стандартных газовых баллонах различной емкости. Однако в последнее время некоторые потребители предпочитают самостоятельно производить сварочные смеси; это связано илис тем, что стандартно выпускаемые газовые смеси не удовлетворяют их по своему качеству (большой разброс процентного соотношения компонентов смеси, высокое содержание влаги и различных примесей), или с необходимостью применения нестандартных смесей (например, многокомпонентных). Естественно, в этом случае появляется необходимость в применении специальных приборов для качественного смешивания компонентов смеси.
Как правило, в газовых смесителях используется принцип подмешивания одного компонента смеси к другому (или другим) при условии выравнивания давления различных компонентов. Наиболее часто используются двух-, трех- и четырех компонентные смесители. Можно рассмотреть работу двухкомпонентного смесителя как наиболее простого (Рис. 7). Смешиваемые газы (например, аргон и углекислый газ как наиболее часто используемые в защитных смесях) подаются во входные камеры 1 и 2, имеющие предварительные регуляторы входного давления и встроенные фильтры. Из входных камер компоненты поступают в двухкамерный редуктор 8, в котором происходит окончательное выравнивание давления компонентов смеси с высокой точностью. После выравнивания давления компоненты поступают в блок смешивания 12; при этом регулятор пропорции смешиваемых газов 10 постоянно контролирует процентное соотношение компонентов смеси (в процентах от объема) при помощи регулятора пилотного газа 7 (пилотный газ — один из газовых компонентов смеси, используемых в процессе смешения; выступает в роли наполнителя в двухкамерных редукторах выравнивание давления). Поступление компонентов смеси в блок смешивания осуществляется через калиброванные отверстия, размер которых точно соответствует типу компонента (вот почему производители газовых смесителей требуют указывать, для каких газов будет применяться смеситель).
Затем через электромагнитный клапан 13 смесь поступает в регулятор 15, который сглаживает броски давления и подается в буферную емкость для подачи в магистральную сеть. Манометр/расходомер 14 отображает значения давления и расхода готовой смеси на выходе смесителя.
Система сигнализации смесителя, работающая совместно с реле давления, контролирует уровень давления газов на входе в смеситель. Сигнализация срабатывает, если уровень давления хотя бы одного из смешиваемых газов падает ниже установленного минимума. При этом срабатывает выключатель и смеситель отключается.
Регулировка производительности смесителя осуществляется изменением входного давления компонентов смеси и изменением выходного давления готовой смеси. Соотношение компонентов смеси регулируется регулятором пропорции смешиваемых газов, который установлен обычно на лицевой панели смесителя и проградуирован в процентах одного из компонентов смеси (на трех- и много компонентных смесителях установлено несколько регуляторов пропорции). Смесители могут быть установлены на ресиверы (для создания запаса готовой смеси).
Серийно выпускаемые смесители, как правило, являются стационарными, и в зависимости от производительности (от 1,2 до 600 м3/час и более), способны обеспечить защитными газовыми смесями от 1 до 500 постов полуавтоматической сварки.
Установка смесителей в магистральную сеть похожа на подключение компрессора в системе сжатого воздуха. Пример такой сети показан на Рис. 10.
Существуют и более простые однопостовые смесители, устанавливаемые непосредственно на газовые баллоны (Рис. 11.). Примером может служить смеситель ВМ-2М, производимый компанией WITT Gasetechnik (Германия). Этот смеситель устанавливается непосредственно на углекислотный баллон; аргон также подается напрямую по шлангу высокого давления. Принцип действия смесителя основан на инжекции углекислого газа в поток аргона через калиброванное отверстие, позволяющее точно дозировать пропорции компонентов смеси. Смеситель ВМ-2М позволяет подмешивать в аргон до 25% углекислого газа, выдерживая точность соотношения газов до ± 0,1%. Выход смесителя оттарирован как расходомер с пределами регулирования от 0 до 25 л/мин. Смеситель ВМ-2М позволяет отказаться от использования баллонных регуляторов давления и может быть рекомендован для применения как на небольших производствах, так и на крупных предприятиях для однопостовой подачи газовых смесей (например, в случаях, когда на каждом сварочном посту необходимо иметь газовую смесь индивидуального состава).
IV. Сварка порошковыми проволоками — метод FCAW
Технологию MIG/MAG сварки порошковыми проволоками трудно назвать новой, но в отечественной промышленности она до сих пор не получила распространения, несмотря на свои очевидные преимущества перед MIG/MAG сваркой проволоками сплошного сечения. Скорее всего, это связано с тем, что в СССР не было промышленного производства качественных порошковых проволок, хотя исследования и разработки в этом направлении проводились в ИЭС им. Патона, НИКИМТ, НИИМонтаж, ЦНИИКМ «Прометей», ЦНИИЧермет.
В принятой международной системе обозначений методов сварки MIG/MAG сварка порошковыми проволоками обозначается FCAW — Flux Core Arc Welding.
Порошковая проволока представляет собой гибкую трубку, свернутую из тонкой качественной стальной ленты (часто подвергнутой электропереплаву или отжигу в вакууме или контролируемой атмосфере), которая заполняется порошкообразной шихтой, состоящей из легирующих, раскисляющих и защитных компонентов и компонентов для стабилизации дуги. По своим сварочным свойствам порошковые проволоки больше схожи со штучными покрытыми электродами для ММА сварки и состав шихты схож с составом их покрытия. Многие порошковые проволоки, содержащие в шихте большое количество защитных элементов, предназначены для сварки без защитного газа — так называемая сварка открытой дугой — и носят название самозащитных.
Так же, как и среди штучных покрытых электродов, среди порошковых проволок можно выделить проволоки с рутиловым и основным наполнением; для сварки легированных сталей разработаны проволоки с шихтой соответствующего легирования; для сварки толстолистовых сталей в основном применяются порошковые проволоки, в шихту которых добавлен порошок железа для повышения коэффициента наплавки (Metal flux core wire).
Применение порошковых проволок при MIG/MAG сварке имеет видимые преимущества: Рис. 12. Типы сечений порошковых проволок
— Высокая производительность наплавки — увеличение составляет до 60% по сравнению с проволоками сплошного сечения;
— Возможность лучшего контроля процессами легирования и раскисления сварочной ванны за счет более точного дозирования добавок в шихте порошковой проволоке;
— Лучшая защита сварочной дуги при работе на открытом воздухе (по степени защиты практически приближается к сварке ММА);
— Лучшая защита остывающего металла шва из-за повышенного шлакообразования (особенно важно при сварке перлитных и феррито-перлитных сталей, а также хромистых и марганцовистых сталей, склонных к закалке)
Конструкция порошковой проволоки определяет некоторые особенности ее расплавления электрической дугой. Порошковый сердечник проволоки на 50-70% состоит из неметаллических материалов и поэтому его электрическое сопротивление весьма велико — в сотни раз больше, чем у металлической оболочки. Поэтому практически весь сварочный ток проходит через металлическую оболочку, расплавляя ее. Плавление же шихты, расположенной внутри металлической оболочки, происходит в основном за счет теплового излучения дуги и теплопередачи от расплавляющегося металла оболочки. Ввиду этого спеченные частицы шихты могут выступать из оболочки, касаться ванны жидкого металла или переходить в нее частично в нерасплавленном состоянии. Это повышает вероятность попадания в металл шва неметаллических включений из нерасплавленной шихты. Поэтому сварку порошковыми проволоками ведут на более жестких режимах с постоянным контролем напряжения дуги.
Сварка порошковыми проволоками имеет свои недостатки. Малая жесткость трубчатой конструкции порошковой проволоки требует применения подающих механизмов с ограниченным усилием сжатия проволоки в подающих роликах. Выпуск проволоки в основном диаметром 2,6 мм и более, требуя применения для устойчивого горения дуги повышенных сварочных токов, позволяет использовать их для сварки только в нижнем и редко в вертикальном положении. Это объясняется тем, что образующаяся сварочная ванна повышенного объема, покрытая жидкотекучим шлаком, не удерживается в вертикальном и потолочном положениях силой поверхностного натяжения и давлением дуги.
Повышенное шлакообразование порошковых проволок усложняет технику сварки. Наличие на поверхности сварочной ванны шлака, замедляя кристаллизацию расплавленного металла, одновременно ухудшает условия образования шва в пространственных положениях, отличных от нижнего и затрудняет провар корня шва. При многослойной сварке поверхность предыдущих слоев следует тщательно зачищать от шлака. Существенный недостаток порошковых проволок, сдерживающий их широкое промышленное применение, — повышенная вероятность образования в швах пор, вызываемая наличием пустот в проволоке из-за производственного брака. Кроме того, нерасплавившиеся компоненты шихты, переходя в сварочную ванну, способствуют появлению газообразных продуктов. Диссоциация мрамора, окисление и восстановление углерода при нагреве и плавлении ферромарганца в сочетании с мрамором и другие процессы также могут привести к образованию в металле сварочной ванны газовой фазы. В результате этого в швах появляются внутренние и поверхностные поры.
В этих условиях режим сварки (сила тока, напряжение, вылет электрода) оказывает большое влияние на возможность возникновения в швах пор. Повышает вероятность образования пор также влага, попавшая в наполнитель при хранении проволоки, а, кроме того, смазка и ржавчина, следы которых имеются на металлической ленте.
Использование активного защитного газа (углекислый газ, добавки кислорода) снижают образование пор в швах. В зависимости от состава наполнителя для сварки используют постоянный ток прямой или обратной полярности от источников с жесткой или крутопадающей характеристикой.