Зварювання у суміші газів

При механізованому зварюванні вуглецевих і низьколегованих сталей в якості захисного газу широко використовується вуглекис­лий газ. Але процес зварювання в цьому газі поряд із перевагами має й суттєві недоліки, що обмежують його використання при виго­товленні відповідальних металоконструкцій, а також у випадках, коли робота буде атестована міжнародними сертифікаційними ор­ганізаціями.

Недоліками зварювання у вуглекислому газі є:

— великі втрати електродного металу на розбризкування;

— наявність бризок на поверхні зварних виробів;

— низька якість поверхні шва (нерівності й груба лускатість);

— не завжди задовільні показники механічних властивостей ме­талу шва, особливо ударної в'язкості при мінусових температурах.

Світовий досвід показує, що одним із ефективних шляхів удоско­налення механізованого зварювання сталі плавкими електродами в окиснювальних захисних газах є використання сумішей захисних газів замість вуглекислого. З точки зору поєднання високих зварювально-технологічних характеристик та економічних показників найперспек-тивнішими є суміші аргону з окиснювальними газами (кисень, вугле­кислий газ): Аг + 20-25% С0₂ і Аг г 20-30% С0₂ + 3-7% 0₂. Такі суміші забезпечують оптимальне поєднання зварювально-техноло­гічних характеристик, вартості виконання зварювальних робіт і якості зварних конструкцій.

Необхідно відзначити, що потрійна суміш Аг + С0₂ + 0₂ має високий окиснювальнии потенціал порівняно з сумішшю Аг + С0₂ і забезпечує підвищену стійкість швів проти утворенн і nop від азо­ту. Тому її застосовують при зварюванні стиків із збільшеним зазо­ром, металу із слідами окалини, товстого металу на підвищених ре­жимах дротами великого діаметра, а також у тих випад :іх, коли за­хист зони зварювання ускладнюється (наприклад, зварювання в монтажних умовах при швидкості вітру не менше 1,3 м/с).

Порівняно із зварюванням у вуглекислому газі, зварювання в аргонових сумішах оптимального складу забезпечує:

— зменшення втрат електродного металу на розбризкування в 3-4 рази;

— зниження трудоємкості ири зачищанні основного металу від бризок у 8-10 разів;

— підвищення продуктивності праці зварників на 10-20%;

— можливість використання імпульсно-дугового процесу і тех­нологічних прийомів, які підвищують продуктивність зварюваль­них робіт (зварювання на прямій полярності, подовженому вильоті електроду, зварювання на підвищеній швидкості);

— підвищення показників механічних властивостей металу шва, в т. ч. значення ударної в'язкості при мінусових температурах;

— поліпшення санітарно-гігієнічних і екологічних характерис­тик процесу зварювання.

До недоліків зварювання в аргонових сумішах відносяться підвищене світлове й теплове випромінювання зварювальної дуги та висока вартість сумішей.

Для зварювання практично всіх поширених марок конструкцій­них низьковуглецевих і низьколегованих сталей в суміші Аг + С0₂ і Аг+С0₂ + 0₂ можна використовувати стандартний зварювальний дріт Св-08Г2С і Св-08ГС за ГОСТ 2244 або їх закордонні аналоги, які за­стосовуються для зварювання в С0₂. З'єднання конструкційних ста­лей, зварених у захисних газових сумішах на основі аргону стандарт­ним зварювальним дротом, відрізняються високими показниками механічних властивостей. Необхідно відзначити високе значення ударної в'язкості металу шва при мінусових температурах.

Досить високі також показники стійкості металу швів, зварених в аргонових сумішах, проти утворення кристалізаційних тріщин. Використання аргонових сумішей дозволяє досягти високих значень холодостійкості і стійкості проти утворення тріщин металу шва.

Зварювання в сумішах Аг + С0₂ і Аг + С0₂ + 0₂ можна викону­вати у всіх просторових положеннях із зварювальним обладнанням, апаратурою й джерелами живлення для зварювання у вуглекисло­му газі. При цьому напруга дуги повинна бути на 2-3 В нижче порівняно із зварюванням у чистому С0₂ при такому ж зварюваль­ному струмі і не перевищувати значень, рекомендованих для зварю­вання у вуглекислому газі.

Формування швів покращується при зварюванні в сумішах на основі аргону. Висота випуклості шва нижча, чим при зварюванні у вуглекислому газі, валик шва має плавний перехід до основного ме­талу, формується дрібнолуската поверхня шва, за зовнішнім вигля­дом аналогічна поверхні швів, зварених під флюсом.

Сприятлива форма шва, невисока випуклість і зменшена кількість витрат електродного металу розбризкуванням забезпечу­ють помітне зменшення втрат електродного дроту на одиницю до­вжини шва. Зварювання в аргонових сумішах, на відміну від зварю­вання у вуглекислому газі, дає можливість використовувати імпульсно-дуговий процес, при якому проходить дрібнокрапельне перенесення металу з частотою відриву крапель, яка відповідає частоті накладання імпульсів струму.

Дрібнокрапельне перенесення проходить при нижчому серед­ньому значенні зварювального струмухцорівняно з умовами стру­минного перенесення електродного металу під час зварювання без нанесення імпульсів.

Застосування імпульсно-дугового процесу дозволяє використо­вувати дріт одного й того ж діаметра при багатьох варіантах техно­логії зварювання, тоді як при зварюванні без імпульсів застосову­ють дріт різних діаметрів залежно від товщини металу, який зва­рюється, просторового положення шва, теплофізичних властивос­тей металу, який зварюється, та інших показників.

На сьогодні цей процес розвивається в промислово розвинутих країнах, які мають принципово нові імпульсні джерела живлення дуги, за допомогою яких можна створювати імпульси струму довільної форми та амплітуди з плавним регулюванням частоти й довжини імпульсів.

Розроблене в ІЕЗ ім. Є. О. Патона джерело імпульсного струму І-169 за технічними характеристиками не поступається західним зразкам, а за деякими навіть перевершує їх.

Поряд із технологічними й економічними перевагами, зварюван­ня в сумішах газів на основі аргону має також поліпшені гігієнічні та екологічні показники порівняно із зварюванням у вуглекислому газі. Наприклад, у зону дихання зварників і повітря приміщень виділяється менше пилу й токсичних газів. Завдяки зниженню рівня шкідливих викидів при зварюванні крім соціального ефекту (зменшення захворювання робітників) з'являється можливість зниження інтенсивності загальнообмінної та місцевої вентиляції, тобто зменшення встановлених потужностей вентиляційних уста­новок і затрат на електроенергію та їх обслуговування.

Найбільший техніко-економічний ефект досягається при зва­рюванні в сумішах:

— конструкцій, які за технічними умовами не повинні мати при­варених бризок металу;

— конструкцій, призначених для експлуатації в умовах низьких температур і динамічних навантажень;

— багатопрохідних швів товстолистового металу;

— вузлів і з'єднань на автоматизованих установках і лініях.

Висока якість зварних швів і з'єднань, яка досягається за раху­нок застосування зварювання в аргонових сумішах, дозволяє з мінімальними затратами атестувати продукцію за нормами міжна­родних сертифікаційних установ. .

Склад сумішей (подвійна чи потрійна) вибирають залежно від того, який газ (аргон чи суміш Аг + Ог) виробляють на заводі. Це ста­ло можливим завдяки тому, що на металургійних і хімічних підпри­ємствах України були введені в дію потужні повітророзподільні установки. На цих установках одночасно з киснем і азотом виробляли велику кількість побічного продукту — газу аргону або аргоно-кис-неву суміш у газоподібному й зрідженому вигляді. Значну кількість цих газів можна використати у зварювальному виробництві.