Повышение качества защиты зоны сварки плавящимся электродом

Повышение качества защиты зоны сварки плавящимся электродом

Сварка и родственные технологии продолжают активно и всесторонне развиваться. Создаются теоретические и технологические предпосылки изготовления новых изделий в традиционных областях сварочного производства, а также освоение других сфер применения, которые раньше считались «экзотическими».

Одной из основных задач в теории сварочных процессов становится разработка полноценной математической модели сварки плавящимся электродом в среде защитных газов, которая будет учитывать все многообразие явлений процесса сварки. Увеличение номенклатуры материалов и областей их применения, повышение требований к прочности и долговечности соединений требует существенного углубления знаний в этой сфере и углубления исследований, в том числе дальнейшего совершенствования подходов к конструированию узлов и соединений, к учету особенностей их работы при различных условиях нагружения.

Современные способы сварки и применяемые сварочные материалы обеспечивают получение сварного шва с близкими к основному металлу химическим составом и механическими свойствами. Однако при сварке имеется ряд факторов, таких как условия выполнения сварочных работ, качество сварочных материалов, защита зоны сварки, термомеханическое воздействие, геометрическая форма соединений и другие. Незначительное внимание к ним может привести к снижению качества сварных конструкций.

Интенсивное развитие сварки плавлением объясняется ее преимуществами по сравнению с другими способами сварки: высокая степень концентрации нагрева изделия, позволяющая значительно уменьшить зону термического влияния и коробление изделия после сварки; высокая производительность; возможность получения высококачественных соединений из сталей различных марок и толщин при различной конфигурации швов и различном расположении их в пространстве; широкая возможность механизации и автоматизации процесса.

При сварке штучными плавящимися электродами с покрытием образуется сварочная ванна, заполненная расплавленным металлом, представляющая собой интенсивно перемешивающиеся смеси расплавленного метала изделия с металлом электрода. Малая окислительная способность электродных покрытий обеспечивает высокий коэффициент перехода легирующих элементов. В покрытие можно вводить их в необходимом количестве, что обеспечивает высокие механические и специальные свойства (коррозионную стойкость, теплостойкость, жаропрочность, хладостойкость, износостойкость и другие). Защита от атмосферы осуществляется газами, которые образуются при разрушении порошкового покрытия. Расплавленный шлак вытесняется на поверхность сварочной ванны, где он защищает сварной шов от воздействия атмосферы до завершения процесса кристаллизации.

При сварке под флюсом дуга утоплена в массе флюса и горит в жидкой среде расплавленного флюса, в газовом пузыре, образуемом газами и парами, непрерывно создаваемыми дугой. Заключенная дуга в газовом пузыре со стенками из жидкого флюса снижает потери металла на угар и разбрызгивание. Сварные швы получаются равномерными с высоким качеством за счет надежной защиты расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, его металлургической обработки и легирования расплавленным шлаком. Наличие шлака на поверхности шва уменьшает скорость кристаллизации металла сварочной ванны и скорость охлаждения металла шва, что приводит к увеличению ЗТВ.

При дуговой сварке плавящимся электродом в среде защитных газов применяют следующие способы газовой защиты: струйную местную защиту, общую защиту в камерах и двухструйную газовую защиту. По виду защитных газовых сред применяют инертные газы (аргон, гелий), активные газы (азот и со2) и их смеси. Свойства защитных газов оказывают, большое влияние на технологические свойства дуги и геометрию сварных швов. При сварке в со2 обеспечивается хорошее проплавление свариваемых изделий и высокая производительность процесса. Однако для раскисления кислорода, образующегося во время диссоциации со2, необходимо использовать проволоку с повышенным содержанием элементов раскислителей кремния и марганца. Это затрудняет прогнозирование свойств сварных соединений.

Сварка в инертных газах характеризуется стабильностью горения дуги. В инертных газах гелий по сравнению с аргоном имеет более высокий потенциал ионизации и большую теплопроводность при высоких температурах (плазма). Поэтому дуга в гелии более "мягкая". При равных условиях дуга в гелии имеет более высокое напряжение, а образующийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину ЗТВ.

Струйная защита относится к наиболее распространенному способу местной защиты при сварке плавящимся электродом. Скорость кристаллизация металла шва может управляться расходом защитного газа и расстоянием от среза сопла до поверхности свариваемого металла. При сварке со струйной защитой обеспечивается защита только зоны расплавления. При этом возможен подсос воздуха в реакционную зону сварки, что ухудшает свойства сварного шва. Для улучшения защиты в ряде случаев, особенно при сварке активных металлов, применяют местные камеры. Общая защита в герметичных камерах обеспечивает наиболее высокую степень защиты металла от атмосферы в процессе сварки. Это необходимо при сварке особо активных металлов и сплавов (например, титана, циркония, молибдена, тантала, ниобия и сплавов на их основе).

С помощью газовой среды можно регулировать температуру сварочной дуги за счет понижение или увеличения электропроводимости составов смеси газов и подачи их в зону сварки. Вследствие этого можно управлять тепловложением в сварное соединение. Для изменения характеристик процесса сварки в защитных газах разработаны и применяются различные схемы его ведения: введение в дуговой промежуток активных веществ; изменение давления и состава газа; наложение на электрод, дугу или сварочную ванну магнитных полей разной конфигурации. Управление процессами в зоне сварки обеспечивает получение требуемых свойств сварных соединений.

При сварке плавящимся электродом дуга горит между изделием и непрерывно подающейся расплавленной электродной проволокой (ЭП). Расплавленный металл ЭП в виде жидких капель различных размеров переходит в сварочную ванну и участвует в формировании шва. Изменение условий защитной среды приводит к изменению напряжения на дуге, что оказывает влияние на химический состав и механические свойства металла шва. Увеличение напряжения на дуге приводит к интенсивному выгоранию кремния и марганца.

При сварке в защитных газах на каплю электродного металла действуют следующие основные силы: сила тяжести FТ; сила поверхностного натяжения FП.Н; электродинамическая сила FЭД; реактивное давление испаряющегося с поверхности капли металла и выделения газа FР; сила давления потоков плазмы и бомбардировки заряженными частицами FП. Помимо этих сил, в ряде случаев, оказывает существенное влияние сила действия струи защитного газа.

Размер капель электродного металла зависит от состава металла и защитного газа, направления и величины тока. С увеличением сварочного тока растет электродинамическая сила, а размер капель расплавленного металла уменьшается. Когда ток сварки достигает критического состояния капельный перенос металла переходит в струйный.

На величину критического тока оказывает влияние поверхностное натяжение металла. Эти две величины находятся в прямой зависимости: чем больше поверхностное натяжение металла, тем больше критический ток и наоборот. Изменять критический ток можно, составляя различные газовые смеси. При добавлении к основному газу азота или водорода критический ток повышается, а добавление кислорода снижает его значение.

В ЮТИ ТПУ разработан способ сварки с двухструйной газовой защитой , который обеспечивает жесткость внутренней струи подаваемого газа, защиту околошовного металла, снижает завихрение в околошовной зоне и исключает подсос воздуха в зону сварки. Управление газодинамическим давлением внутренней струи защитного газа позволяет воздействовать на жидкий металл капли и сварочной ванны, приводит к интенсивному перемешиванию расплавленного электродного металла с основным, увеличивает скорость охлаждения и сокращается время пребывания металла шва и ЗТВ в области высоких температур. Внешняя кольцевая струя обеспечивает надежную защиту зоны сварки от влияния атмосферы.

Повышение качества защиты зоны сварки плавящимся электродом
Сварка в защитном газе:
а) одноструйная газовая защита; б) двухструйная газовая защита


У всех способов сварки плавящимся электродом в среде защитных газов есть свои достоинства и недостатки. Управление эксплуатационными свойствами сварных соединений зависит от выбора способа и режимов сварки, позволяющие получать сварное соединение с требуемыми механическими и специальными свойствами. Однако универсальный способ сварки, обеспечивающий 100% равнопрочность и качество соединений с учетом разных внешних условий ведения процесса, еще не разработан.

Разработанный в ЮТИ ТПУ способ сварки с двухструйной газовой защитой обеспечивает направленный перенос капель электродного металла в сварочную ванну и увеличивает частоту их переноса, стабильность горения дуги и качества получаемых сварных соединений. Обеспечивает жесткость внутренней струи подаваемого газа и снижает завихрение в около шовной зоне, что особенно важно при сварке в полевых условиях.

Российская молодежная научная конференция
«Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи»
Секция 1. Энергоэффективные технологии в электромеханике
Чинахов Д.А., Зуев А.В.


Кроме статьи "Повышение качества защиты зоны сварки плавящимся электродом" смотрите также:

Новые технологии в сварке
Сварка полуавтоматом видео
Сварка рам автомобилей
Технология сварки полуавтоматом
Технология сварки аргоном

  Просмотров: 1527,   Комментариев: 0    

Добавление комментария

Через вконтакте:

Через сайт nanolife.info:

Ваше Имя:  Ваш E-Mail: 
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Вставка ссылкиВставка защищенной ссылки Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:   Сколько будет двaдцaть плюс сто (ответ можно написать цифрами)? Ответ:   

Опрос

Какой сваркой вы чаще пользуетесь?

Другой вид сварки
Дуговая сварка
Плазменная сварка
Газовая сварка
Лазерная сварка
Электрошлаковая сварка

 

Популярное

Неисправности сварочных инверторов чаще всего вызваны либо неграмотной, либо небрежной эксплуатацией, поскольку это достаточно надежные аппараты ...

Подробнее...

Большинство современных сварочных аппаратов имеют в своей конструкции блок выпрямительных диодов, что, в свою очередь, обеспечивает ...

Подробнее...

Заболевание, вызванное действием вредных условий труда, классифицируется как профессиональное заболевание. Профессиональное отравление также относятся к профессиональным ...

Подробнее...

Графики, поясняющие процесс сварки постоянным током (б) ...

Подробнее...

Сварочный инвертор «Ресанта-250» является наиболее мощным среди представленных в линейке аналогичных аппаратов производителя. Однако, компактность и ...

Подробнее...