Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 41. Дуговая сварка в углекислом газе

Сущность способа состоит в следующем: голая электродная проволока диаметром 0,5—2 мм подается с постоянной скоростью в зону сварки. Одновременно в зону сварки поступает углекислый газ, который защищает переплавляемый электродный и основной металл от окружающего воздуха. Окислительное действие углекислого газа на расплавленный металл компенсируется повышенным содержанием в электродной проволоке элементов раскислителей (марганца, кремния и др.).

Оборудование. Сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа выполняется автоматами и полуавтоматами. Наибольшее распространение в промышленности нашли полуавтоматы. Полуавтомат А-537 показан на рис. 114.

Схема поста А337 для полуавтоматической сварки в углекислом газе проволокой диаметром 1,6 - 2 мм

Для сварки в среде углекислого газа применяют следующие источники постоянного тока:

преобразователи ПСО-ЗОО, ПС-500-3, ПС-500, ПСМ-1000, предназначенные для питания сварочной дуги при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом;

сварочные преобразователи ПСГ-350, ПСГ-500 и ПСУ-500, специально разработанные (с жёсткой вольт-ампер ной характеристикой) для сварки в защитных газах, в том числе в углекислом газе;

генераторы, обычно используемые не для целей сварки, но характеристика которых позволяет использовать их для сварки в среде углекислого газа (зарядные агрегаты АЗД, ЗП и генераторы ГСР);

выпрямители селеновые ВС-200, ВС-400, ВС-600, специально разработанные для автоматической и полуавтоматической сварки и в том числе для сварки в углекислом газе.

300 А) с водяным охлаждением.

Институтом электросварки имени Е. О. Патона и ЦНИИТМАШем к полуавтоматическим постам газоэлектрической сварки спроектированы рукава для одновременной подачи тока 500—600 А и охлаждающей воды и рукава обычного исполнения (без принудительного охлаждения) для силы тока до 300 А.

Газоэлектрические горелки для автоматической и полуавтоматической сварки в среде углекислого газа показаны на рис. 115 и 116.

Для сварки тонкого металла применяют полуавтомат А-547Р, предназначенный для сварки металла толщиной до 3 мм и угловых соединений при катетах шва до 4 мм. Сварку можно выполнить во всех пространственных положениях электродной проволокой диаметром 0,8—1,0 мм постоянным током обратной полярности. Общий вид полуавтомата А-547Р показан на рис. 117.

Автоматическую сварку в углекислом газе можно выполнять специальными автоматами (см. табл. 90), а также сварочными тракторами ТС-17М, АДС-1000-2 после комплектования их специальными приставками (конструкции приставок разработаны в Институте электросварки и в ЦНИИТ- МАШе).

Горелки для полуавтоматической и автоматической сварки разделяют на горелки для сварки на малых силах тока (250—300 А) без водяного охлаждения и горелки для сварки на больших силах тока.

Газоэлектрические горелки

Газоэлектричекая горелка для автоматической сварки в среде углекислого газа с принудительным водяным охлаждением

Материалы. Углекислый газ или углекислота (С02) — бесцветный газ с едва ощутимым запахом; при растворении в воде придает ей слабый кисловатый вкус. При 0° С и давлении 760 мм рт. ст. плотность 1,97686 г/л, плотность по отношению к воздуху 1,524.

Жидкую углекислоту транспортируют в стальных баллонах или специальных контейнерах. Обычно в стандартный баллон емкостью 40 л заливают 25 кг углекислоты, образующей при испарении 12,725 м3 газа. Для сварки используют сварочную углекислоту 1 и 2-го сорта и в силу необходимости (с условием осушения) пищевую углекислоту по ГОСТ 8050-64 ***.

Схема поста А-347Р для полуавтоматической сварки в среде углекислого газа проволокой диаметром 0,5 - 1 мм

Электродная проволока для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом обеспечивает необходимый состав металла шва только при повышенном содержании в ней. элементов раскислителей. Для получения качественных швов при сварке в углекислом газе углеродистых и некоторых низколегированных и легированных сталей применяют проволоку, регламентированную по ГОСТ 2246—70. Сварочную проволоку непосредственно перед использованием тщательно очищают до металлического блеска.

Технология и режим сварки. В среде углекислого газа сварка на постоянном токе обратной полярности дает лучшие результаты по сравнению со сваркой на токе прямой полярности, при которой ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, увеличивается разбрызгивание электродного металла. Преимущество сварки на токе прямой полярности — более высокий коэффициент наплавки (в 1,6—1,8 раза больше).

Рекомендуемые величины силы сварочного тока при сварке в углекислом газе приведены в табл. 98, а коэффициенты наплавки и расплавления — для проволоки некоторых диаметров — в табл. 99.

Коэффициенты наплавки и расплавления при газоэлектрической свакрке на обратной полярности

Напряжение на дуге и сила тока при сварке плавящимся электродом в углекислом газе приведены в табл. 100.

При полуавтоматической сварке стыковых швов и наплавках на горизонтальные поверхности угол наклона горелки к вертикальной оси принимают 5—15°.

Сварку следует проводить возможно более короткой дугой.

При автоматической сварке углеродистой стали проволокой Св-08ГС изменение угла наклона горелки относительно вертикальной оси 0—30° в ту или другую сторону не влияет на образование пор в швах.

Режимы автоматической сварки в углекислом газе нержавеющей стали приведены в табл. 101.

Режимы сварки, обеспечивающие удовлетворительную устойчивость процесса сварки и удовлетворительное формирование швов

Схема движения и размеры колебаний газоэлектрической горелки при полуавтоматической сварке стыковых швов показаны на рис. 118.

Для предупреждения образования трещин целесообразно первые слои сваривать на пониженной силе тока. Сварочную горелку следует перемещать непрерывно, так как в случае неподвижного положения дуги на поверхности сварочной ванны увеличивается разбрызгивание и возможно образование пор в швах. Перед сваркой следует открыть вентиль баллона, отрегулировать расход углекислого газа, подождать 20—30 с, пока воздух будет полностью вытеснен из рукавов горелки.

Траектория движения и размеры колебаний горелки при сварке встык в углекислом газе при наклоне горелки относительно вертикальной оси 5 - 15 °

Удовлетворительное формирование однопроходных угловых швов с катетом 7—8 мм может быть получено при сварке на силе тока 300— 350 А. Швы с катетом более 7—8 мм сваривают в несколько проходов. Положение и траектория движения горелки при полуавтоматической сварке угловых швов показаны на рис. 119.

При автоматической сварке, угловые швы удовлетворительно формируются при силе тока 420 А. Положение горелки при автоматической сварке угловых швов показано на рис. 120.

Сварку низкоуглеродистых конструкционных сталей толщиной 0,3—2 мм рационально выполнять неплавящимся угольным электродом, в среде углекислого газа на постоянном токе прямой полярности на стыковых соединениях с отбортованными кромками, когда допустима прочность соединения 50—70% от прочности основного металла.

Технологические параметры сварки низкоуглеродистых сталей стыковых соединений с отбортовкой двух кромок (см. ГОСТ 14771—69, индекс шва С1) угольным электродом в среде углекислого газа приведены в табл. 102.

Оптимальные механические свойства сварного соединения и высокая стойкость его против кристаллизационных трещин и пор при сварке

Рис. 119. Положение (а) и траектория (б) горелки при полуавтоматической дуоговой сварке в углекислом газе. Рис. 120. Положение горелки при автоматической дуговой сварке угловых швов

кипящей и спокойной низкоуглеродистой стали в углекислом газе обеспечиваются применением электродных проволок Св-08ГС, Св-08Г2С '(ГОСТ 2246—70), углекислого газа первого сорта (ГОСТ 8050—64 ***),

Режимы автоматической сварки нержавеющей стали толщиной 0,5 - 3 мм

Технологические параметры сварки никоуглеродистых сталей бортовых соединений угольным электродом при расходе углекислого газа 480 - 600 л/ч

оптимальных технологических параметров сварки, преобразователей и выпрямителей сварочного тока с жесткими внешними вольтамперными характеристиками. Для сварки спокойной низкоуглеродистой стали применяют также электродную проволоку Св-12ГС (ГОСТ2246—70). Устойчивое горение дуги в углекислом газе обеспечивается при плотности тока свыше 100 А/мм2.

Технологические параметры сварки низкоуглеродистых сталей плавящимся электродом в углекислом газе в зависимости от диаметра применяемой электродной проволоки приведены в табл. 103.

Технологические параметры сварки низкоуглеродистых сталей в углекислом газе

Прочностные параметры сварных соединений, выполненных на низкоуглеродистых сталях плавящимся электродом в среде углекислого газа, как правило, соответствуют прочностным показателям основного металла при обычных и низких температурах.

Технологические параметры сварки низкоуглеродистых сталей плавящимся электродом в углекислом газе в зависимости от толщин свариваемого металла приведены в табл. 104 и 105.

Полуавтоматическую сварку вертикальных, горизонтальных и потолочных швов выполняют на минимальных параметрах силы тока и напряжения, приведенных в таблицах.

Оптимальные параметры сварки в среде углекислого газа, обеспечивающие оптимальные прочностные показатели сварного соединения и высокую производительность сварочного поста приведены в табл. 106.

Технологические параметры полуавтоматической и автоматической сварки в углекислом газе стыковых швов на низкоуглеродистых сталях

Технологические параметры полуавтоматической и автоматической сварки в углекислом газе угловых швов на низкоуглеродистых сталях

Параметры сварки тавровых соединений в среде углекислого газа, обеспечивающие высокую производительность поста

Механические свойства сварных соединений на сталях средней толщины (до 16 мм), выполненные на повышенных плотностях тока обеспечивают оптимальные прочностные показатели и идентичны соответствующим показателям основного металла.

Одним из основных показателей экономичности процесса при сварке на повышенной плотности тока является увеличение производительности наплавки в 1,5—4 раза и скорости сварки в 1,2—2 раза.

Применение проволок диаметром 1,6 и 2,0 мм по сравнению с проволокой диаметром 1,2 мм наряду с улучшением формы шва обеспечивает экономический показатель (при равной производительности за счет уменьшения стоимости сварочной проволоки.

Для сварки на повышенных плотностях тока применяют полуавтоматы А-765, А-537, ПДПГ-500 с горелками и специальными рукавами обеспечивающими нормальную работу на силе тока 550—750 А, а также источники питания ВС-600, ВС-1000, ПСМ-1000.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка плавящимся электродом конструкционных сталей в смеси углекислого газа и кислорода, разработанная в институте электросварки им. Е. О. Патона, позволяет изготовлять изделия со стыковыми и угловыми соединениями.

Сварка низкоуглеродистых конструкционных сталей проволоками типа Св-08Г2С диаметром 1,2; 1,4; 1,6 и 2,0 мм в смеси углекислого газа с кислородом (содержание кислорода в смеси 10—50%), при расходе смеси 600—900 л/ч (в зависимости от диаметра сварочной проволоки) по сравнению со сваркой в среде углекислого газа имеет следующие преимущества: уменьшается разбрызгивание, брызги легче отделяются от металла; формирование швов улучшается, швы получаются! гладкие; форма провара фактически такая же, как и при сварке в углекислом газе; образующаяся на поверхности шва небольшой толщины корка легко удаляется; при сварке в смеси по ржавому металлу склонность к образованию пор меньше, чем при сварке в углекислом газе; смесь дешевле, чем углекислый газ, а расход смеси при сварке такой же, как и углекислого газа.

Прочностные параметры сварных соединений, выполненные на низколегированных конструкционных сталях в среде углекислого газа и кислорода при обычных и низких температурах аналогичны соответствующим показателям сварных соединений, выполненных в углекислом газе. Для получения газовых смесей нужного состава используется смеситель типа ИАГ-1-63 и ротаметры типа РС-3.

Полуавтоматическую сварку теплоустойчивых сталей плавящимся электродом в среде углекислого газа выполняют, как и при других способах дуговой сварки, с предварительным и сопутствующим подогревом до 350—400° С, с последующей термообработкой изделия для снятия внутренних напряжений и выравнивания свойств металла в различных участках сварного соединения.

Стали 15ХМ, 20ХМ сваривают проволокой Св-08ХГ2СМ, а стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ сваривают проволокой Св-08ХГСМФ в среде сварочной углекислоты 1-го сорта. Общая термообработка изделий из перечисленных хромомолибденовых сталей при толщине стенок менее 10 мм и хромомолибденованадиевых сталей при толщине стенок менее б мм не обязательна.

Сварные соединения перечисленных теплоустойчивых сталей, сваренные с соблюдением теплового режима и с последующей термообработкой, обеспечивают кратковременные свойства сварных соединений на уровне показателей основного металла. Длительная прочность сварных соединений несколько уступает показателям основного металла.

Сварка коррозионно-стойких сталей типа Х18Н10Т и Х18Н12Т в углекислом газе с использованием стандартных электродных проволок по ГОСТ 2246—70 не обеспечивают требуемой коррозионной стойкости сварного соединения.

Для дуговой сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа сталей этого типа разработаны специальные марки проволоки I Св-06Х20Н9С2БТЮ (ЭП156) и Св-08Х25Н13БТЮ.

Сварку сталей типа 18-10 и 18-12 выполняют преимущественно тонкой проволокой на малом вылете из токоподводящего наконечника, с обязательным покрытием смежных участков со стыком водным раствором глины, мела или другого специального покрытия, препятствующего привариванию брызг к поверхности металла и созданию очагов коррозии на месте приваривания брызг.

Оптимальные технологические параметры полуавтоматической и автоматической сварки в среде углекислого газа для коррозионно-стойких сталей типа Х18Н10Т и Х18Н12Т приведены в табл. 107.

Институтом электросварки им. Е. О. Патона рекомендуется сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа хромистых сталей марки 2X13 мартенситного класса толщиной 4 и 12 мм (с содержанием углерода не более 0,18%) тонкой электродной проволокой типа 2X13 даже без предварительного и сопутствующего подогрева. Конструкции с использованием металла толщиной более 10 мм сваривают с предварительным и сопутствующим подогревом не ниже 150° С.

Технологические параметры полуавтоматической и автоматической сварки в среде углекислого газа для сталей типа 18-10 и 18-12
Сталь Х17Н2 мартенситного класса толщиной 8 мм сваривают проволокой Св-08Х18Н2ГТ в среде углекислого газа также без предварительного подогрева (сила тока 330—350 А, напряжение 28—30 В, скорость сварки 18 м/ч при расходе углекислого газа 900—1000 л/ч). Сваренные конструкции подвергают отпуску при 700° С с выдержкой в зависимости от толщины металла. Кратковременная и длительная прочность сварных соединений при 475 и 500° С идентична по прочности с основным металлом.

Хромистую сталь ферритного класса марки Х17 сваривают проволокой марки Св-Х25Н20 и допускается марка Св-Х18Н9. Прочностные параметры сварного соединения аналогичны соответствующим показателям стали Х17.

Сварку разнородных сталей одного структурного. класса разного легирования между собой производят с использованием сварочных материалов, применяемых обычно к стали, менее легированной.

Технологические параметры сварки (в том числе предварительный или предварительно сопутствующий подогрев) выбирают такие, которые требуются для более легированной стали.

При сварке заготовок с большой массой, в отдельных случаях, допустимо снизить температуру подогрева или подогрев полностью исключить за счет применения предварительной облицовки свариваемых кромок на более легированной стали. При сварке заготовок из углеродистой стали с заготовками из хромомолибденовой стали подогрев может быть исключен, если предварительно облицевать кромку хромомолибденовой стали электродами Э42 или наплавкой проволокой Св-08Г2С в среде углекислого газа. Толщина слоя наплавки на кромке легированной стали должна не допускать появления закалочных структур в околошовной зоне.

Оптимальный выбор электродных проволок для дуговой сварки в среде углекислого газа разнородных перлитных сталей приведен в табл. 108.

Сварка разнородных (12%-ных хромистых) мартенситных, ферритных и ферритно-аустенитных сталей разного легирования регламентируется требованием получения сварных соединений без трещин и хрупких участков. Эти стали вследствие высокого содержания в них карбидообразующего элемента хрома не позволяют ожидать заметного развития диффузионных прослоек в зоне сплавления.

Электродные проволоки для дуговой сварки в среде углекислого газа разнородных перлитных сталей

При дуговой сварке в среде углекислого газа мартенситных или мартенситно-ферритных сталей разного легирования между собой применяют обычно проволоку типа Св-08Х14ГТ. Оптимальный режим предварительного подогрева устанавливают по требуемому для более закаливающейся стали, часто имеющей повышенное содержание углерода. Температура подогрева регламентируется жесткостью контура изделия и содержанием углерода в заготовках, обычно ее устанавливают в пределах 200—400° С. Сваренное изделие подвергается отпуску при 700— 750° С. При толщине свариваемых заготовок свыше 30 мм сваренное изделие в горячем состоянии, не допуская его охлаждения, подвергают отпуску по режиму стали в термической печи.

По приведенной технологии сваривают нержавеющие стали (0X13, 1X13, 2X13) с жаропрочными (15Х11МФ, 15Х12ВМФ, 18Х11МФБ, 15X11В2МФ).

Сварка аустенитных и ферритно-аустенитных сталей регламентируется склонностью аустенитных швов наиболее распространенных составов к образованию горячих трещин при сравнительно небольшом отклонении легирования от оптимального. Процессы диффузионного перераспределения углерода в зоне сплавления для этих соединений в большинстве случаев можно не учитывать.

При выборе марки электродной проволоки необходимо учитывать группу аустенитной стали. Аустенитные стали, у которых содержание основного легирующего элемента — хрома — превышает или близко к содержанию никеля, относят к первой группе. Вторую группу составляют стали с повышенным запасом аустенитности, у которых содержание никеля превосходит содержание хрома. При сварке между собой разнородных сталей первой группы применяют аустенитно-ферритные электродные проволоки. Легирование аустенитно-ферритного наплавленного металла регламентируется условиями работы изделий и требованиями к термообработке. Во избежание горячих трещин в сталях, где отношение хрома к никелю близко к единице, первые слои в фаске необходимо сваривать проволоками или электродами с повышенным содержанием ферритной фазы.

Аустенитные разнородные стали первой группы, сваривающиеся дуговой сваркой в среде углекислого газа, приведены в табл. 109.

Аустенитные разнородные стали разнородной группы, сваривающиеся дуговой сваркой в среде углекислого газа

Термообработка изделий, выполненных из разнородных аустенитных сталей, регламентируется типом конструкции, условиями ее работы, маркой стали. Если по техническим требованиям на изделия остаточные сварочные напряжения должны быть сняты, то достаточна стабилизация при температуре 800—850° С. Если изделие работает при высоких температурах, оптимальным видом термообработки является аустенизация при температуре 1100—1150° С. При использовании сталей термически неупрочненных и отсутствии требований к снятию сварочных остаточных напряжений и при работе изделия в интервале умеренных температур, термообработка может" быть исключена.

Сварку перлитных сталей с высокохромистыми сталями мартенситного и ферритного классов разной структурной ориентации выполняют дуговой сваркой в среде углекислого газа. Сварные соединения перлитных сталей с 12%-ными хромистыми сталями выполняют электродными проволоками перлитного класса. При использовании названной проволоки обеспечивается удовлетворительная пластичность и вязкость переходных участков сварного соединения с содержанием 5% Сг вблизи кромки разделки со стороны высоколегированной стали, а также более высокая длительная прочность сварных соединений при отсутствии хрупких разрушений в зоне сплавления.

В сварных соединениях углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с 12%-ными хромистыми применяют сварочную хромомолибденовую проволоку. При сварке заготовок большой толщины рационально этой проволокой производить лишь облицовку со стороны высоколегированной стали, а образовавшуюся разделку заваривать без подогрева проволокой Св-08Г2С в зависимости от требований к прочности перлитной стали.

Тепловой режим сварки регламентируется высоколегированной сталью. Если в сварном соединении участвует перлитная сталь с недостаточным содержанием в ней энергичных карбидообразующих элементов, то температура эксплуатации стыка должна быть снижена против предельной для этой стали по причине опасности развития диффузионных прослоек в зоне сплавления.

Перлитные стали, сваривающиеся с высокохромистыми сталями мартенситного и ферритного классов разной структурной ориентации дуговой сваркой в среде углекислого газа, приведены в табл. 110.

Стали разного структурного класса, сваривающиеся дуговой сваркой в среде углекислого газа

Режим термообработки сваренного изделия должен соответствовать установленному для сварных соединений 12%-ной хромистой стали. Для предотвращения возможного развития диффузионных прослоек температура отпуска изделия должна быть несколько снижена.

Список литературы
  1. Аснис А. Е., Фень Е. К., Покладий В. Р. Автоматическая и полуавтоматическая сварка конструкционных сталей в смеси углекислого газа и кислорода. Информационное письмо, № 27, 1969, с. 1—3.
  2. Копытов Г. Т. Сварка в среде углекислого газа. В кн.: Производство крупных машин. М., «Машиностроение», 1967, с. 113 — 132.
  3. Новожилов Н. М., Суслов В. Н. Сварка плавящимся электродом в углекислом газе. М., Машгиз, 1958, с. 18 — 194.
  4. Ногаев Б.П., Мазовко А. П. Сварка в углекислом газе на повышенной плотности тока. — «Сварочное производство», 1970,N° 5, с. 16—18
  5. Технология электрической сварки плавлением. Под ред. Б. Е. Патона. М. — Киев, Машгиз, 1962, с. 15 — 570.
  6. Справочник по сварке. Под ред. И. А. Акулова Т. 4. М., «Машиностроение», 1971, с. 30—175.
  7. Чернаков Ф. А., Богданов Ф. А. Аргоно-дуговая сварка и ее применение. Л., Судпромгиз, 1958, с. 7—220.

вверх страницы