Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 70. Газы, электроды и аппаратура для сварки

Защитные газы. Требования к чистоте аргона и гелия определяются свойствами свариваемых металлов. Для сварки магниевых и алюминиевомагниевых сплавов нужен аргон чистотой не ниже 99,7%. При сварке деталей из этих сплавов с толщиной стенки до 1 мм, когда объем ванны очень мал, даже небольшие включения пленок окислов ухудшают формирование и качество шва. В этом случае к аргону чистотой 99,7% можно добавлять 5—10% водорода, что улучшает процесс сварки. Для сварки сплавов титана и циркония необходим аргон чистотой не ниже 99,9%; для сварки нержавеющих и низколегированных сталей — аргон чистотой не ниже 99,2%.

Чистый аргон выпускается промышленностью двух составов и содержит по объему в %:

Кроме того, выпускается аргон высокой чистоты, имеющий концентрацию 99,99% и содержащий не более 0,005% кислорода.

Кислород является наиболее вредной примесью в аргоне. Если аргон содержит повышенное количество углекислого газа, влаги и кислорода, его можно подвергать дополнительной очистке от этих примесей, пропуская перед поступлением в горелку через очистительные колонки, заполненные: 30%-ным раствором едкого калия (для очистки от С02) и кусками едкого калия (для осушки от влаги). Затем аргон пропускают через электропечь с медной стружкой, которая при температуре 650—700° удерживает кислород. Расход аргона при сварке зависит от диаметра электрода и обычно составляет от 120 до 600 л/час.

Электроды. В качестве неплавящихся электродов при сварке применяют вольфрамовые, угольные или графитированные стержни. Вольфрам представляет собой тугоплавкий металл, плавящийся при 3350—3600°. Для электрода берется вольфрамовая проволока ВТ-15 диаметром от 0,8 до 6 мм, содержащая до 1,5—2% окиси тория. Добавка к вольфраму тория при сварке на постоянном токе прямой полярности обеспечивает высокую устойчивость дуги, хорошее ее зажигание, позволяет повысить плотность тока в электроде при малом расходе вольфрама и уменьшает чувствительность электрода к загрязнениям при коротких замыканиях его на изделие. В процессе сварки вольфрам электрода испаряется, что вызывает некоторый расход вольфрамовых электродов, равный при токе до 300 а примерно 0,5 г/м шва.

Угольные или графитированные электроды выпускаются в виде стержней диаметром 6 мм, конец которых на длине 20—25 мм затачивается на конус. Конец электрода затупляется до диаметра 2— 2,5 мм. Угольные электроды можно применять только при сварке нержавеющих и жароупорных сталей и нельзя использовать при сварке легких сплавов (алюминиевых и магниевых), так как в этом случае на поверхности шва получается темный налет и образуются поры. При сварке угольными электродами не обязательна дополнительная очистка технического аргона от примеси кислорода и влаги, так как эти вещества химически связываются углеродом электрода и поэтому не оказывают вредного влияния на качество шва. Сварку угольными электродами приходится производить на постоянном токе, поскольку на переменном токе нельзя получить устойчивое горение дуги.

При сварке плавящимся электродом используется металлическая проволока из того же металла, что и свариваемый металл (алюминий, нержавеющая сталь).

Род тока. На рис. 107 показана схема сварочного поста для аргоно-дуговой сварки на постоянном токе, состоящего из сварочного преобразователя 1 с балластным реостатом 5, сварочной горелки — электрододержателя 4, вольтметра 3, амперметра 2, баллона 9 с аргоном и редуктора 8. Расход аргона контролируется расходомером 7. Если требуется дополнительная очистка газа, то применяется очистительная установка 6. Для сварки на постоянном токе металлов небольшой толщины используются сварочные преобразователи на 150—200 а, а для сварки металла средней толщины — на 400—500 а.

Легкие сплавы (алюминиевые и магниевые) свариваются на постоянном токе обратной полярности (катод — свариваемый металл).

В этом случае выбрасываемый катодом мощный поток электронов вызывает непрерывное явление «катодного распыления» на поверхности сварочной ванны, что приводит к разрушению пленки окислов магния и алюминия, затрудняющих сварку. Таким образом расплавленный металл очищается и легкие сплавы можно сваривать без флюсов.

Аргоно-дуговая сварка ведется также и на переменном токе. Переменный ток частично выпрямляется в дуге, образующейся в среде аргона между вольфрамовым электродом и свариваемым металлом. Вследствие этого в сварочной цепи появляется так называемая составляющая постоянного тока, что вызывает уменьшение тепловой мощности дуги и является нежелательным, так как приводит к уменьшению глубины провара и площади поперечного сечения шва. При значительной величине составляющей постоянного тока не происходит разрушения окисной пленки при сварке сплавов алюминия и магния, отчего качество шва ухудшается.

Для устранения составляющей постоянного тока при сварке на переменном токе в сварочную цепь последовательно включаются конденсаторы емкостью 100 мкф (микрофарад) на 1 а сварочного тока или аккумуляторная батарея, или активное (омическое) сопротивление.

Зажигание дуги в среде аргона затруднено и требует более высокого напряжения. Однако дуга в аргоне горит более устойчиво, чем в воздухе, так как температура вольфрамового катода очень высока и равна 4830°, что значительно увеличивает термоэлектронную эмиссию катода. Возбуждение дуги в аргоне затруднено потому, что атомы аргона не образуют отрицательных ионов, вследствие чего необходима более высокая степень ионизации нейтральных частиц. Потери энергии в дуге на диссоциацию молекул и рекомбинацию атомов отсутствуют, что также повышает устойчивость горения дуги в аргоне.

Для облегчения зажигания и устойчивого горения дуги переменного тока в среде аргона напряжение холостого хода должно составлять 90—120 е. Необходимо также применение осциллятора, который включается в сварочную цепь параллельно (см. гл. XVIII). Схема установки для аргоно-дуговой сварки на переменном токе показана на рис. 108.

В среде аргона на переменном токе преимущественно сваривают легкие сплавы вольфрамовым электродом. В остальных случаях обычно используют постоянный ток прямой или обратной полярности в зависимости от свойств свариваемого металла.

При сварке плавящимся электродом в атмосфере защитных газов характеристика дуги становится возрастающей. Для поддержания постоянства дуги необходимо применять или специальные регуляторы длины дуги, или, что более целесообразно, сварочные преобразователи с жесткой или возрастающей внешней характеристикой и низким напряжением холостого хода, при которых обеспечивается саморегулирование длины дуги.

Такими преобразователями являются, например, сварочные агрегаты ПСГ-350 и ПСГ-500. Дуга, питаемая током от этих преобразователей, горит устойчиво в аргоне и в углекислом газе (при небольшой длине дуги и малом токе). Применяются также специальные приставки, позволяющие в широких пределах регулировать вольтамперные характеристики сварочных преобразователей постоянного тока в зависимости от условий сварки. Кроме

того, используются выпрямительные полупроводниковые установки для преобразования переменного тока в. постоянный сварочный ток (см. гл. XIX).

Сварочные горелки (электрододержатели) для аргоно-дуговой сварки. Эти горелки имеют конструкцию, обеспечивающую одновременный подвод к электроду сварочного тока и защитной струи аргона. Разрез горелки-электрододержателя ЭЗР-1-54 средней величины для сварки током до 200 а показан на рис. 109. Горелка состоит из корпуса 8 с вентилем 5, трубки 3, сопла 10 и головки 2. Аргон поступает по шлангу, надеваемому на ниппель 7, и через вентиль 5 вдет по трубке в головку.

Выходя через сопло 10, аргон обтекает конец электрода, закрепленного в цанге 9. Горелка имеет сменные цанги для крепления электродов диаметром 1,5; 2 и 2,5 мм. Ток к корпусу горелки подводится по гибкому кабелю 6 и поступает к электроду 1 через

зажимы цанги 9. Расход аргона регулируется вентилем 5, имеющим маховичок 4 Для защиты руки сварщика от тепла сварочной дуги горелка снабжается щитком 2 из листовой фибры

Для надлежащей защиты конца электрода и расплавленного металла струей аргона диаметр отверстия и расход аргона должны быть равны

При токе свыше 200 а применяют горелки-электрододержатели с водяным охлаждением.

Для приварки в отдельных точках изделий из нержавеющей стали, алюминия и других металлов используются горелки-пистолеты (рис. 110). Они предназначены для односторонней аргоно-дуговой сварки, которая производится автоматически при нажатии на выключатель 2 Конец электрода и сварочная дуга защищены мундштуком 1, который во время сварки плотно прижимается к поверхности металла. Мундштук охлаждается водой, подводимой по трубкам 3.

вверх страницы