Технології реалізації зварювальних операцій стосовно до металевих заготовок сьогодні дозволяють добиватися високого рівня організації процесу з точки зору безпеки, ергономіки і функціональності. Про це свідчить поширення напівавтоматичного та роботизованого обладнання для виконання основних технологічних дій при термічному з’єднання деталей. Паралельно з цим зростають і вимоги до якості швів. На цьому напрямку найбільших успіхів дозволяє домагатися зварювання в захисному газі, що передбачає можливість ізоляції робочої зони від негативних впливів, атмосферного повітря.
Суть технології
Зварювальний процес в захисному газовому середовищі є похідною від об’єднання декількох методів термічного впливу на метали з можливістю структурного з’єднання заготовок. В першу чергу цей метод базується на дуговому способі зварювання, який сам по собі дає оптимальні можливості управління електродами і поверхнями цільових деталей з конструкціями. У такому форматі користувач може займати будь-які просторові положення, використовуючи мобільний і компактне обладнання. Все це стосується організаційної ергономіки робочого заходу, а суть електрохімічних процесів зварювання в захисному газі розкривається специфікою середовища, в якому виконується операція. Для початку треба підкреслити значимість захисту зварювальної ванни від негативного впливу атмосферного повітря. Прямий контакт розплаву заготовки з киснем призводить до утворення шлаку на поверхні, окислення покриття та неконтрольованого легированию структури металу. Відповідно, для виключення подібних впливів використовуються спеціальні ізолятори – обмазки, сипучі матеріали на кшталт флюсу і газ, який вводиться в робочу зону спеціальним обладнанням. Останній спосіб захисту і обумовлює особливості розглянутого методу зварювального виробництва.
Загальні правила зварювання за Гост 14771-76
Згідно вказаного ГОСТу, даним методом зварювання можна виконувати односторонні і двосторонні шви, використовуючи стикові, кутові, таврові і нахлестные з’єднання. Що стосується основних параметрів процесу, то до них відносяться наступні:
- Товщина деталей – діапазон від 0,5 до 120 мм.
- Допустима похибка при зварюванні деталей товщиною від 12 мм – від 2 до 5 мм.
- Нахил поверхні шва допускається тільки в разі забезпечення плавного переходу від однієї заготовки до іншої.
- При зварюванні деталей з істотною різницею в показниках товщини попередньо виконується скіс по напрямку від більш великої заготовки до малої.
- Угнутості і опуклості кутових швів згідно допусків Гост 14771-76 повинні складати не більше 30% від катета формованого кута, але при цьому укладатися в 3 мм.
- Величина допустимого зміщення кромок перед зварюванням по відношенню один до одного залежить від товщини деталей. Наприклад, у випадку з елементами товщиною до 4 мм цей показник становить близько 0,8-1 мм, а якщо мова йде про 100-міліметрових заготовках, то дистанція зміщення повинна буде укладатися в 6 мм.
Застосовуються гази для зварювання
З точки зору зварювання всі газові середовища поділяються на інертні і активні. Оскільки основне завдання газової суміші полягає в ізоляційній функції, то найбільш цінними вважаються середовища, які ніяк не впливають на оброблюваний метал. До таких сумішей відносяться інертні одноатомні речовини зразок гелію і аргону. Хоча, згідно з ГОСТом, зварювання в захисних газах повинна проводитися в вуглекислотної середовищі, причому допускаються і комбінації з кисневими сумішами. Що ж стосується активних газів, то вони можуть впливати на метал як у розплавленому, так і в твердому стані. Наявність газів у молекулярній структурі металу в цілому вважається небажаним, але бувають і винятки, зумовлені специфікою таких сполучень у різних умовах.
Характер впливу газового середовища на метал
Відразу варто підкреслити саме негативні впливи газу при дуговому зварюванні на заготовки. При охолодженні і сильному нагріванні розчиняються у молекулярній структурі газові речовини можуть стати причиною утворення пір, що логічно знижує міцнісні якості виробу. З іншого боку, атоми водню і кисню можуть бути корисні в майбутніх технологічних операціях, пов’язаних з легуванням. І це не кажучи вже про користь активного захисного газу при зварюванні аустенітних сплавів і сталей, які складно піддавати розплаву, якщо використовуються інертні ізолюючі суміші. У підсумку проблема технологів полягає скоріше не у виборі газової суміші, а в створенні умов, які могли бути мінімізувати шкідливий вплив активного газу на зварювальну ванну і в той же час зберегти позитивні ефекти розчинності.
Техніка виконання зварювального процесу
До зварюваної деталі і електроду підводиться джерело електричного струму, який надалі буде використовуватися для створення і підтримки зварювальної дуги. З моменту розпалу дуги оператор повинен витримувати оптимальну дистанцію між електродом і утвореної зварювальною ванною, враховуючи температурні показники і площу охоплення термічного впливу. Паралельно в робочу зону подається газ з допомогою пальника від підключеного балона. Навколо дуги утвориться газова ізоляція. Інтенсивність утворення шва буде залежати від конфігурації розташування крайок і товщини виробів. Як правило, частка основного металу в структурі шва, що утворюється при зварюванні в захисному газі, становить 15-35 %. Глибина робочої зони при цьому може досягати 7 мм, а показники її довжини і ширини – від 10 до 30 мм.
Основне обладнання для зварки в газовому середовищі
Набір апаратів для такого роду операцій залежить від режимів та формату виробництва зварювання. Безпосередньо технічну базу формують напівавтомати, підвісні зварювальні головки, джерела живлення, випрямлячі та комплексні автоматичні модулі з власниками електродів, які максимально позбавляють оператора від виконання типових маніпуляцій. Акцент сьогодні робиться на механізоване зварювання в захисному газі, інфраструктура якої також утворюється газовою магістраллю, пальниками, пристосуваннями для зручного розміщення устаткування в різних положеннях і т. д. На великих виробництвах організовуються спеціальні пости з необхідним набором технічних засобів для зварювання. І навпаки, оптимізований формат виконання таких завдань в домашніх умовах вимагає використання всього лише компактного інвертора з перетворювачами і газовим балоном із регулює подачу оснащенням.
Допоміжне обладнання
Додаткові технічні засоби і пристосування переважно виконують комунікацію між основним обладнанням, а також дозволяють вирішувати другорядні завдання, не пов’язані безпосередньо зі зварюванням. До таких пристроїв відносяться:
- Інфраструктура газового балона, в яку входять змійовики, редуктори, підігрівачі, кожух і т. д.
- Зачисний інструмент і сепаратори, призначені для видалення продуктів згоряння в робочій зоні. Особливо це стосується операцій зварювання в захисних газах неплавким електродом, розплав якого не входить безпосередньо в структуру виробу. І в процесі операції, і після неї може знадобитися зашкурювання шва.
- Осушувач. Усуває і регулює вологість, яка міститься у вуглекислому газі. Свого роду вологовбирач, що працює при високих або низьких тисках.
- Фільтраційні пристрою. Очищають потоки газу від небажаних твердих частинок, також забезпечуючи чистоту зварного шва.
- Вимірювальне обладнання. Зазвичай використовують манометри для відстеження показників того ж тиску та витратоміри газу.
Режими зварювання та їх параметри
Підходи до організації зварювального процесу в даному випадку розрізняються за кількома критеріями, в підсумку дозволяє говорити про виділення різних режимів роботи. Наприклад, способи розрізняються за принципом технічного виконання завдання – ручні, напівавтоматичні і автоматичні. У більш детальному розрахунку режимів зварювання в захисних газах приймаються до уваги такі параметри:
- Сила струму – діапазон від 30 до 550 А. Як правило, більшість типових операцій вимагають підключення джерел на 80-120 А.
- Товщина електрода – від 4 до 12 мм.
- Напруга – від 20 до 100 Вт в середньому.
- Швидкість зварювання – від 30 до 60 м/ч.
- Витрата газової суміші – від 7 до 12 л/хв.
Вибір конкретних показників багато в чому залежить від типу металу, товщини заготовки, умов проведення операції та вимог до формованому з’єднанню.
Ручне зварювання
Ключову роль у процесі відіграють навички оператора і характеристики електрода. Зварювальник практично весь процес тримає під своїм контролем, орієнтуючи дугу щодо робочої поверхні і відстежуючи параметри подачі газової суміші від балона. У плані робочих показників на перший план вийде щільність і сила струму, а також довжина зварювального шляху. При ручному зварюванні в захисному газі найчастіше виконується кілька проходів, особливо якщо обробляється товста заготовка. В інших випадках збільшення кількості проходів пов’язано з необхідністю корекції шва, зміни його довжини і характеристик наплавлення.
Напівавтоматична зварка
Сьогодні це найбільш популярний режим зварювального виробництва в захисному середовищі. Головною відмінністю цього способу від ручного є наявність елементів механізації с і можливістю автоматичної подачі дроту із спеціальної котушки. При напівавтоматичного зварюванні в захисному газі оператору не потрібно перериватися на заміну витратних матеріалів, однак техніка взаємодії дуги з поверхнею заготовки все так само залежить від користувача. Оператор відслідковує процес формування зварювального з’єднання, коригуючи параметри струму, змінюючи кут нахилу і т. д.
Автоматичне зварювання
Повністю механізований процес зварювання, при якому користувач може лише опосередковано впливати на параметри подачі матеріалів, газової суміші і порошкового флюсу. Технічно операція забезпечується багатофункціональними станціями і платформами з роботизованою апаратурою. На вузькоспеціалізованих сучасних виробництвах для автоматичного зварювання в захисному газі використовується так званий трактор, в конструкції якого передбачено всі необхідні функціональні вузли. Це мобільний автомат, переміщається в процесі виконання зварювання по лінії утворення шва і разом з цим направляючий захисні суміші в зварювальну зону. Обов’язковим компонентом таких модулів є блок керування, в який спочатку закладається набір алгоритмів з діями для кожного виконавчого органу.
Висновок
Застосування методів захисту зварювальної ванни від кисню дозволяє якщо не повністю усувати, то мінімізувати характерні дефекти при формуванні шва. Це стосується непроваров, тріщин, пропалів, напливів та інших вад, які можуть виникати внаслідок контакту розплавленій поверхні заготовки з відкритим повітрям. До переваг зварювання в захисних газах перед технікою застосування флюсу можна віднести і відсутність необхідності видалення шламу в робочій зоні. При цьому зберігаються і інші позитивні якості процесу зразок можливості візуального спостереження за якістю утвореної сполуки. Якщо ж говорити про недоліки методу, то його негативні чинники полягають у теплової і світлової радіації дуги, що вимагає забезпечення спеціальних заходів щодо індивідуального захисту зварника.
