Spawanie w gazie osłonowym: tryby, technologia, zastosowanie, GOST

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Technologie do realizacji operacji spawalniczych w odniesieniu do detali metalowych umożliwiają dziś osiągnięcie wysokiego poziomu organizacji procesu pod względem bezpieczeństwa, ergonomii i funkcjonalności. Świadczy o tym rozpowszechnienie się półautomatycznego i zrobotyzowanego sprzętu do wykonywania głównych etapów technologicznych łączenia termicznego części. Równolegle rosną również wymagania dotyczące jakości szwów. W tym kierunku największy sukces może osiągnąć spawanie w osłonie gazu, co daje możliwość odizolowania obszaru roboczego od negatywnych skutków powietrza atmosferycznego.

Istota technologii

Proces spawania w środowisku gazu ochronnego jest pochodną połączenia kilku metod oddziaływania termicznego na metale z możliwością łączenia strukturalnego detali. Przede wszystkim metoda ta opiera się na metodzie spawania łukowego, co samo w sobie zapewnia optymalną kontrolę nad elektrodami i powierzchniami docelowych części ze strukturami. W tym formacie użytkownik może zajmować dowolne miejscestanowiska przy użyciu mobilnego i kompaktowego sprzętu. Wszystko to dotyczy ergonomii organizacyjnej miejsca pracy, a istotę elektrochemicznych procesów spawania w gazie osłonowym ujawnia specyfika środowiska, w którym wykonywana jest operacja. Na początek należy podkreślić wagę ochrony jeziorka spawalniczego przed negatywnym wpływem powietrza atmosferycznego. Bezpośredni kontakt roztopionego kęsa z tlenem prowadzi do powstania żużla na powierzchni, utlenienia powłoki i niekontrolowanego stopowania struktury metalowej. W związku z tym, aby wykluczyć takie efekty, stosuje się specjalne izolatory - powłoki, materiały sypkie, takie jak topnik i gaz, który jest wprowadzany do obszaru roboczego za pomocą specjalnego sprzętu. Ostatnia metoda ochrony określa cechy rozpatrywanej metody produkcji spawalniczej.

Ogólne zasady spawania zgodnie z GOST 14771-76

Zgodnie z określonym GOST, ta metoda spawania może być stosowana do wykonywania szwów jednostronnych i dwustronnych przy użyciu połączeń doczołowych, narożnych, teowych i zakładkowych. Jeśli chodzi o główne parametry procesu, to są to:

• Grubość części - zakres od 0,5 do 120 mm.
• Dopuszczalny błąd przy spawaniu części o grubości 12 mm - od 2 do 5 mm.
• Nachylenie powierzchni szwu jest dozwolone tylko wtedy, gdy zapewnione jest płynne przejście od jednego przedmiotu do drugiego.
• Podczas spawania części o znacznej różnicy grubości, ukosowanie jest wstępnie wykonywane w kierunku od większego elementu do mniejszego.
• Wklęsłość i wypukłość spoin pachwinowych wedługtolerancje GOST 14771-76 nie powinny przekraczać 30% ramienia tworzonego kąta, ale jednocześnie mieścić się w granicach 3 mm.
• Wielkość dopuszczalnego przesunięcia krawędzi przed spawaniem względem siebie zależy od grubości części. Np. w przypadku elementów o grubości do 4 mm jest to około 0,8-1 mm, a jeśli mówimy o półfabrykatach 100 mm, to odległość przesunięcia będzie musiała zmieścić się w 6 mm.

Zużyte gazy spawalnicze

Z punktu widzenia spawania wszystkie media gazowe dzielą się na obojętne i aktywne. Ponieważ głównym zadaniem mieszanki gazowej jest funkcja izolacyjna, najcenniejsze są media, które nie wpływają na obrabiany metal. Takie mieszaniny zawierają obojętne substancje jednoatomowe, takie jak hel i argon. Chociaż zgodnie z GOST spawanie w gazach osłonowych musi odbywać się w środowisku dwutlenku węgla, dozwolone są również połączenia z mieszaninami tlenu. Jeśli chodzi o gazy aktywne, mogą one oddziaływać na metal zarówno w stanie stopionym, jak i stałym. Obecność gazów w strukturze molekularnej metalu jest ogólnie uważana za niepożądaną, ale istnieją wyjątki ze względu na specyfikę takich kombinacji w różnych warunkach.

Charakter wpływu środowiska gazowego na metal

Od razu warto podkreślić negatywny wpływ gazu podczas spawania łukowego na detale. Podczas chłodzenia i mocnego ogrzewania rozpuszczone w strukturze molekularnej substancje gazowe mogą powodować powstawanie porów, co logicznie zmniejsza sięwłaściwości wytrzymałościowe produktu. Z drugiej strony atomy wodoru i tlenu mogą być przydatne w przyszłych operacjach dopingowych. Nie wspominając już o przydatności aktywnego gazu osłonowego do spawania stopów i stali austenitycznych, które trudno topią się przy zastosowaniu obojętnych mieszanek izolacyjnych. W rezultacie problemem dla technologów nie jest raczej wybór odpowiedniej mieszanki gazów, ale stworzenie warunków, które mogłyby zminimalizować szkodliwe oddziaływanie gazu aktywnego na jeziorko spawalnicze, a jednocześnie zachować pozytywne efekty rozpuszczalności.

Technika procesu spawania

Do przedmiotu obrabianego i elektrody dostarczane jest źródło prądu elektrycznego, które będzie później wykorzystywane do tworzenia i utrzymywania łuku spawalniczego. Od momentu zajarzenia łuku operator musi zachować optymalną odległość między elektrodą a formowanym jeziorkiem spawalniczym, uwzględniając wskaźniki temperatury i obszar objęty efektami termicznymi. Równolegle gaz doprowadzany jest do obszaru roboczego za pomocą palnika z podłączonego cylindra. Wokół łuku powstaje izolacja gazowa. Intensywność tworzenia szwu będzie zależeć od konfiguracji położenia krawędzi i grubości produktów. Z reguły udział metalu rodzimego w strukturze spoiny, który powstaje podczas spawania w gazie osłonowym, wynosi 15-35%. Głębokość obszaru roboczego w tym przypadku może sięgać 7 mm, a wskaźniki jego długości i szerokości - od 10 do 30 mm.

Sprzęt do spawania gazowego

Zestaw urządzeń do takichrodzaj operacji zależy od trybów i formatu produkcji spawalniczej. Bazę techniczną tworzą bezpośrednio półautomaty, podwieszane głowice spawalnicze, źródła prądu, prostowniki oraz rozbudowane moduły automatyczne z uchwytami elektrod, które maksymalnie chronią operatora przed wykonywaniem typowych manipulacji. Dziś nacisk kładziony jest na zmechanizowane spawanie w gazie osłonowym, którego infrastrukturę tworzą również linie gazowe, palniki, urządzenia do wygodnego umieszczania sprzętu w różnych pozycjach itp. W dużych gałęziach przemysłu organizowane są specjalne stanowiska z niezbędnym zestawem technicznym sprzęt do spawania. I odwrotnie, zoptymalizowany format do wykonywania takich zadań w domu wymaga użycia tylko kompaktowego falownika z konwerterami i butli gazowej z urządzeniami do kontroli przepływu.

Akcesoria

Dodatkowe środki i urządzenia techniczne służą głównie do komunikacji między głównymi urządzeniami, a także umożliwiają rozwiązywanie zadań drugorzędnych, które nie są bezpośrednio związane ze spawaniem. Urządzenia te obejmują:

• Infrastruktura butli gazowych, która obejmuje cewki, reduktory, grzałki, obudowę itp.
• Narzędzie do czyszczenia i separatory przeznaczone do usuwania produktów spalania z obszaru roboczego. Dotyczy to zwłaszcza operacji spawania w gazach osłonowych za pomocą elektrody nietopliwej, której stopiony materiał nie jest bezpośrednio zawarty w strukturze produktu. Zarówno w trakcie, jak i po operacjiMoże być wymagane szlifowanie szwów.
• Suszarka. Eliminuje i reguluje wilgoć zawartą w dwutlenku węgla. Rodzaj środka osuszającego, który działa przy wysokim lub niskim ciśnieniu.
• Urządzenia filtrujące. Czyści strumienie gazu z niepożądanych ciał stałych, zapewniając również czystą spoinę.
• Sprzęt pomiarowy. Zazwyczaj manometry są używane do śledzenia wskaźników tego samego ciśnienia i przepływomierzy gazu.

Tryby spawania i ich parametry

Podejścia do organizacji procesu spawania w tym przypadku różnią się według kilku kryteriów, które ostatecznie pozwalają nam mówić o przydziale różnych trybów pracy. Na przykład metody różnią się w zależności od zasady technicznej realizacji zadania - ręczna, półautomatyczna i automatyczna. W bardziej szczegółowych obliczeniach trybów spawania w gazach osłonowych brane są pod uwagę następujące parametry:

• Prąd - zakres od 30 do 550 A. Z reguły większość typowych operacji wymaga podłączenia źródeł 80-120 A.
• Grubość elektrody - od 4 do 12 mm.
• Napięcie - średnio od 20 do 100 W.
• Prędkość spawania - od 30 do 60 m/h.
• Zużycie mieszanki gazowej - od 7 do 12 l/min.

Dobór konkretnych wskaźników w dużej mierze zależy od rodzaju metalu, grubości przedmiotu obrabianego, warunków eksploatacji oraz wymagań dotyczących formowanego złącza.

Spawanie ręczne

Kluczową rolę w tym procesie odgrywają umiejętności operatora i charakterystyka elektrody. Prawie wszyscy spawaczekontroluje proces, orientując łuk względem powierzchni roboczej i monitorując parametry dopływu mieszanki gazowej z cylindra. Pod względem wydajności na pierwszy plan wyjdą gęstość i natężenie prądu, a także długość ścieżki spawania. Przy spawaniu ręcznym w gazie osłonowym najczęściej wykonuje się kilka przejść, zwłaszcza jeśli obrabiany jest gruby przedmiot. W pozostałych przypadkach wzrost liczby przejść wiąże się z koniecznością korekty spoiny, zmiany jej długości oraz charakterystyki napawania.

Spawanie półautomatyczne

Dzisiaj jest to najpopularniejszy sposób produkcji spawalniczej w środowisku ochronnym. Główną różnicą pomiędzy tą metodą a ręczną jest obecność elementów mechanizacji z prostownikami oraz możliwość automatycznego podawania drutu ze specjalnej cewki. Przy spawaniu półautomatycznym w gazie osłonowym operator nie musi być przerywany na wymianę materiałów eksploatacyjnych, ale technika interakcji łuku z powierzchnią przedmiotu obrabianego nadal zależy od użytkownika. Operator monitoruje proces powstawania złącza spawalniczego, korygując bieżące parametry, zmieniając kąt nachylenia itp.

Spawanie automatyczne

W pełni zmechanizowany proces spawania, w którym użytkownik może jedynie pośrednio wpływać na parametry zasilania materiałów eksploatacyjnych, mieszanki gazowej i topnika proszkowego. Technicznie obsługę zapewniają wielofunkcyjne stacje i platformy ze sprzętem zrobotyzowanym. Na wysoko wyspecjalizowanych nowoczesnych zakładach produkcyjnych do automatycznego spawania w osłonie gazówużywany jest tak zwany ciągnik, którego konstrukcja zapewnia wszystkie niezbędne jednostki funkcjonalne. Jest to maszyna mobilna, która porusza się podczas procesu zgrzewania wzdłuż linii formowania szwu i jednocześnie prowadzi mieszankę ochronną do strefy zgrzewania. Obowiązkowym elementem takich modułów jest jednostka sterująca, która początkowo zawiera zestaw algorytmów z działaniami dla każdego organu wykonawczego.

Wniosek

Zastosowanie metod ochrony jeziorka spawalniczego przed tlenem pozwala, jeśli nie całkowicie wyeliminować, to zminimalizować charakterystyczne defekty w powstawaniu szwu. Dotyczy to braku penetracji, pęknięć, przypaleń, ugięcia i innych wad, które mogą wystąpić w wyniku kontaktu stopionej powierzchni przedmiotu obrabianego z otwartym powietrzem. Przewagą spawania w gazach osłonowych nad techniką wykorzystania topnika jest brak konieczności usuwania szlamu z obszaru roboczego. Jednocześnie zachowane są inne pozytywne cechy procesu, takie jak możliwość wizualnej obserwacji jakości powstałej masy. Jeśli mówimy o wadach metody, to jej negatywnymi czynnikami są promieniowanie cieplne i świetlne łuku, co wymaga zapewnienia specjalnych środków dla indywidualnej ochrony spawacza.