Существуют самые разнообразные методы сварки, но сварка полуавтоматом в среде углекислого газа для начинающих используется уже достаточно давно. Связано это главным образом с тем, что технология данного вида сварки является универсальной, высокопроизводительной. Необходимо также отметить, что сварочные работы в углекислом газе считаются наиболее дешевыми, при этом сварные швы получаются высокого качества. Данную методику можно использовать для образцов из разного металла и нержавеющей стали.

Процедура сваривания нержавейки при помощи сварки-полуавтомат в углекислом газе является не из простых занятий даже для сварщиков с большим опытом. Из-за отличительных характеристик материала, специфика обработки нержавеющей стали несколько отлична, требует предварительной подготовки к выполнению сварочных работ, правильного подбора рабочего режима, используемых материалов.

Что же представляет собой нержавеющая сталь?

Нержавейка – это низкоуглеродистая сталь, в состав корой добавлен хром, именно взаимодействие которого с кислородом способствует формированию оксидной пленки, обеспечивающей впоследствии коррозионную устойчивость металлической конструкции.

Для того чтобы сделать сталь нержавеющей, необходимо в нее добавить 12 процентов хрома. Толщина оксидной пленки в данном случае должна быть равна нескольким атомам. В случае повреждения нержавеющей поверхности, антикоррозионный слой начинает разрушаться, но спустя некоторый период времени, снова восстанавливается.

Современные нержавейки в своем составе, кроме хрома, имеют углерод, малую часть ниобия или никеля, молибдена или титана. Все перечисленные химические соединения тоже повышают коррозионную стойкость материала, физико-механические характеристики стали.

Нержавейка подразделяется в зависимости от ее микроструктуры на отдельные категории, которые имеют отличительные характеристики.

Разновидности нержавейки

Ключевым легирующим компонентом нержавеющих сталей, конечно же, является хром. В состав металла его входит минимум 12 процентов. Благодаря данному химическому элементу на поверхности стали формируется защитная пленка. Но, несмотря на ее довольно небольшую толщину, которая не превышает иногда всего лишь несколько атомов, подобная пленка обеспечивает металлу качественную коррозионную защиту. Кроме этого, даже если случайно ее поцарапать, она снова восстановится через определенный промежуток времени.

В химический состав большинства разновидностей нержавейки, исключая железо, хром, углерод, может входить титан, никель, молибден, ниобий. Данные химические компоненты в составе нержавеющих сталей находятся в сравнительно малой доле. Но, несмотря на это, они существенно повышают антикоррозионные, механические характеристики металла.

Ферритные

Нержавеющие стальные сплавы, в химический состав которых входит хром – до 30 процентов, углеводород – до 0,12 процентов. Подобный нержавеющий сплав стали отличается повышенной прочностью, хорошей пластичностью, термической устойчивостью. Материал можно эффективно использовать в условиях агрессивных сред.

Аустенитные

Помимо углерода, хрома в состав сплавов стали входит никель, повышающий в ее структуре аустенитную область. Отличительными характеристиками подобных сплавов, которые относятся к группе немагнитных, являются:

• высокая прочность;
• повышенная стойкость к коррозии;
• хорошая пластичность.

Мартенситные

Стальные сплавы, в состав которых входит хром – 17 процентов, углерод – 0,5 процентов. Нержавеющая сталь такой структуры характеризуется повышенной хрупкостью, твердостью. Материал можно использовать исключительно в слабоагрессивных средах.

Характеристики, свариваемость нержавеющих сталей

Нержавейка достаточно трудно поддается сварке. Это объясняется некоторыми ее физико-химическими свойствами.

Сварка полуавтоматом в среде углекислого газа для начинающих предполагает предварительного изучения нескольких важных параметров, только тогда можно надеяться на качество и надежность сварных швов.

• Нержавейка в сравнении с другими сталями имеет значительно меньшую теплопроводность – примерно в два раза. Поэтому тепло от зоны сваривания отводится довольно плохо, из-за чего металл сильно перегревается, а это негативно влияет на его коррозионную стойкость. Чтобы не допустить подобной ситуации в процессе выполнения сваривания полуавтоматом нержавеющих деталей используется низкий сварочный ток, на 15–20 процентов ниже обычного, соединяемые образцы дополнительно охлаждаются.

• При существенном нагревании (более 500 градусов) на гранях кристаллической решетки нержавеющей стали образуются соединения карбида, которые способствуют формированию коррозии межкристаллитного типа. Как результат, внутренняя структура стали начинает расслаиваться, в результате чего происходит внутренняя коррозия. Чтобы не допустить происхождения подобного негативного процесса, необходимо дополнительно организовывать интенсивное охлаждение свариваемых материалов. Для этого подойдет обыкновенная холодная вода.

• Варить изделия из нержавеющей стали (в газовой среде тоже) еще сложно из-за того, что нержавейка способна расширяться при повышенной температуре. Существенное расширение свариваемых деталей, которое происходит в процессе их соединения, способствует формированию на швах, в самом материале трещин. Подобного явления можно не допускать. Для этого между соединяемыми образцами рекомендуется оставлять больший зазор.

• Нержавейка из-за особенностей химического состава характеризуется повышенным электрическим сопротивлением, в результате чего используемые для полуавтоматической сварки электроды сильно нагреваются. Поэтому для сварки образцов из нержавеющей стали используются специальные электроды, которые производятся из проволоки установленного химического состава. Если в состав прутов входит никель, хром, их длина должна быть до 35 см.

Технологические нюансы

• При полуавтоматической сварке проволока подается в рабочую зону автоматически. Без данной функции проводить сваривание деталей в газовой среде было бы достаточно трудно.

• Благодаря собственным конструктивным особенностям полуавтоматы обладают одновременно несколькими важными функциями: возможность охлаждения горелки, скорость подачи проволоки, высокое качество сваривания деталей в защитной газовой среде, возможность проведения сварочных работ на труднодоступных участках.

• Чтобы снять напряжение изделие нагревают до 660 градусов, затем дают ему остыть. Снятие напряжения в районе шва происходит после восстановления хрома. Шов для этого необходимо нагреть до температуры 760 градусов.

Подготовка металла

Перед тем как приступать к сварочным работам, необходимо подготовить поверхность изделий из нержавеющей стали для сварки. Для получения шва хорошего качества на это обязательно нужно обращать внимание.

Предварительная подготовка включает:

• механическую зачистку нержавеющей поверхности при помощи щетки для металла;
• обезжиривание поверхности спецсредствами. Можно использовать керосин и растворители (уайт-спирит, ацетон);
• удаление влаги со свариваемого участка металла. Для этого изделия нужно разогреть до температуры 100 градусов.

Особенности сварки деталей из нержавеющей стали в углекислом газе

Сварка нержавейки полуавтоматом в среде углекислого газа выполняется согласно следующим требованиям:

• должна быть обеспечена обратная полярность;

• электрод необходимо всегда держать под определенным углом. При несоблюдении требований, например, наклоне электрода больше вперед, шов получится шире, глубина проварки меньше. Данный вариант используется для тонких материалов;

• максимально допустимый вылет проволоки должен составлять не более 1,2 см;

• обязательный контроль расхода газа. Рабочий расход должен быть не более 12 м³ в минуту и не меньше 6 м³ в минуту, иначе качество сварного шва существенно снизится;

• обязательное применение осушителя. В баллоне с газом присутствует вода, которая взаимодействует в процессе выполнения сварочных работ с продуктами, получающимися во время контакта углекислоты и горячего металла. Вследствие этого получается кислота, которая разрушает углерод, входящий в состав стального сплава, соответственно влияет на качественное сварочное соединение. В качестве такого осушителя используется медный купорос, который первоначально прогревается при 200 градусах на протяжении двадцати минут. Осушителя для четырех баллонов с газом примерно понадобится сто граммов;

• рекомендуется также использовать водный раствор мела для защиты от раскаленных брызг металла;

• для получения шва высокого качества при выполнении сварочных работ в защитной углекислой среде, электрод необходимо водить плавно, без колебаний;

• недопустимо, чтобы сваривание деталей начиналось от края и аналогично заканчивалось. Чтобы не допустить образования водородных трещин, нужно отступать от края изделия минимум на пять сантиметров.

Вывод

Несмотря на все перечисленные рекомендации, для выполнения качественной сварки в среде углекислого газа нужно иметь определенные навыки. Поэтому лучше подобную работу доверять опытным сварщикам.

Технология сварки в углекислом газе была создана в СССР еще в середине двадцатого века. Впоследствии она получила широкое распространение в промышленности, в строительстве, а также в быту, благодаря низкой себестоимости углекислого газа, универсальности, и высокой производительности.

Полуавтомат для работы с углекислотой

Принцип действия этого метода таков: в сварочную зону поступает углекислый газ, распадаясь под воздействием высоких температур на составляющие — кислород (О2) и угарный газ (СО).

Формула процесса выглядит так: 2СО2=2СО+О2.

Таким образом, в сварочной зоне присутствуют сразу три газа: углекислый, угарный и кислород. Данная комбинация защищает металл от нежелательного воздействия со стороны находящегося в атмосфере воздуха, но и вступает в активное взаимодействие с углеродом и железом, содержащимися в стали.

С целью нейтрализации углекислого газа применяется особая сварочная проволока, содержащая марганец и кремний. Они активнее железа, и вступают в реакцию окисления первыми, не допуская окисления углерода и железа.

Марганец и кремний вносятся в соотношении 1.5 к 2, образуя в процессе сварки легкоплавкое соединение и выводясь в виде шлака на поверхность.

Особенности полуавтоматической сварки в среде углекислого газа

Работа сварочного аппарат с углекислотой

В углекислой среде сваривание металлических деталей производится постоянным током, имеющим обратную полярность. Почему так? Потому что если выполнять сварку постоянным током с прямой полярностью, то ухудшается стабильность электрической дуги, и вследствие этого деформируется шов, а металл электродов тратится на разбрызгивание и угар.

А вот если выполняется наплавка, тогда использование тока с прямой полярностью имеет приоритетное значение, потому что он обладает значительно большим коэффициентом наплавки (в 1.6-1.8 раз), чем ток с обратной полярностью.

Допускается также сварка с использованием переменного тока. При этом желательно использовать осциллятор. Постоянный ток генерируется с помощью преобразователей тока с жесткой характеристикой.

Подготовка металла к сварке в среде углекислого газа

Зачистка металла перед сваркой

Листы из углеродистой или низколегированной стали хорошо свариваются в углекисло-газовой среде. При толщине листов от 0.6 до 1.0 мм рекомендуется проводить отбортовку кромок. Если отбортовка не выполняется, тогда зазор между подлежащими сварке кромками не должен быть более 0.3-0.5 мм.

При толщине листов от 1 до 8 мм кромки можно не разделывать. Максимальный зазор, который можно при этом допускать — не более 1.0 мм. Для листов толщиной от 8 до 12 мм принято делать V-образную разделку, а при толщине более 12 мм — Х-образную разделку.

До начала сварочного процесса необходимо зачистить на кромке краску, окалину, масло, грязь, или другие загрязнения. Это можно сделать вручную, либо с использованием пескоструйной обработки.

О сварочной проволоке

Для полуавтоматической сварки используется проволока, обладающая повышенным содержанием таких добавок как марганец и кремний. Проволока должна быть чистой, иначе падает устойчивость режимов и стабильность электрической дуги. Марка используемой проволоки зависит от металла, который требуется сварить.

Режимы полуавтоматической сварки в среде защитных газов

На выбор режима напрямую влияет толщина свариваемого металла. Чем она больше, тем ниже получается скорость сварочного процесса, и тем больше нужна сила тока. Сварочная дуга должна быть как можно более короткой (от 1.5 до 4 мм), иначе она становится неустойчивой, повышается разбрызгивание металла, повышается вероятность насыщения азотом и окисления жидкой ванны.

Сварка в среде защитных газов

Скорость подачи проволоки зависит от напряжения и силы сварочного тока. На величину ее вылета влияет и диаметр — при значении 0.5-1.2 мм вылет равняется 8-15 мм, а при 1.2-3 мм вылет увеличивается до 15-35 мм.

Что касается расстояния от мундштука горелки до металла, то оно равняется 7-15 мм при силе тока до 150А, а при значениях до 500А — 15-25 мм.

Техника полуавтоматической сварки в углекислой среде

Чтобы предотвратить во время сварки риск возникновения горячих трещин, корневой шов лучше всего сваривать при небольшой величине тока.

Сварка в углекислой среде

Можно выполнять сварку полуавтоматом справа налево («углом вперед»), либо слева направо («углом назад»). В первом случае получается широкий сварной шов и уменьшенная глубина проплавления. Такая техника хорошо подходит для тонкостенных изделий, а также для сварки сталей, при которых могут образовываться закалочные структуры.

При сварочной технике «углом назад» возрастает глубина проплавления, а ширина шва — уменьшается. Угол, под которым нужно держать горелку к свариваемой детали — 15°.

Рекомендуется завершать сварной шов заполнением кратера металлом, после чего остановить подачу проволоки и завершить подачу тока. А вот спешить завершать подачу углекислого газа не стоит до того момента, пока расплавленный металл не затвердеет окончательно.

Приемы для увеличения производительности

Для повышения производительности полуавтоматической сварки увеличивать величину сварочного тока допускается лишь при создании швов в нижнем положении. Использовать этот прием для потолочных и вертикальных швов можно лишь при увеличении скорости кристаллизации сварочной ванны (например, периодически отключая подачу проволоки или колебательными движениями вдоль и поперек шва).

Профессиональный полуавтомат для сварки углекислотой

Еще один способ увеличения производительности полуавтоматической сварки, производимой в среде углекислого газа, — повышение вылета сварочной проволоки.

Лучше всего эта техника работает при использовании тонкой проволоки. В таком случае она подается в сварочную зону уже разогретой до высоких температур, а значит увеличивается ее скорость плавления и объем расплавленного металла.

Избавиться от самопроизвольных движений конца проволоки при большом вылете можно с помощью специальных фарфоровых или керамических наконечников.

Повышение длины вылета проволоки на 40-50 мм может поднять производительность до 30-40%, однако при этом снижается глубина проплавления металла.

Особенности импульсно-дуговой сварки в среде углекислого газа

При создании различных металлоконструкций объем работ с угловыми швами может достигать 80%. Не менее половины из них свариваются при наклонном или вертикальном положении. Подобные швы делаются «на подъем», чтобы обеспечивался тщательный провар корня шва. Благодаря этому достигается усиление шва (до 25% от общего сечения шва).

Баллоны для сварочной углекислоты

Однако такое усиление не повышает прочность шва и не увеличивает работоспособность конструкции, поэтому рекомендуется делать его минимальным.

Импульсно-дуговая сварка в углекислой среде позволяет снизить усиление шва или избавиться от него вовсе.

Благодаря особенностям горения дуги и переносу электродного металла можно выполнять автоматическую и полуавтоматическую сварку наклонных и вертикальных угловых швов, а также тавровых соединений с толщиной металла до 12 мм «сверху-вниз» на спуск. Это позволяет обеспечивать равномерный провар по всей длине соединения. Такой прием дает возможность обеспечить слегка вогнутую или нормальную форму шва, и уменьшить его сечение на 25-30%. При этом значительно снижается расход электроэнергии и до трех раз увеличивается скорость сварки.

Видео: Подготовка к работе сварочного полуавтомата

Главной задачей сварщика является поддержание постоянного вылета электрода, равномерное перемещение горелки вдоль шва и со­хранение определенного наклона газового наконечника относительно детали и направления перемещения электрода. Для обеспечения этой задачи существуют несколько типов сварочных наконечников: для сварки непрерывным швом, точечной сварки и даже для подварки шпилек, используемых при правке кузова автомобиля.

Таблица 11.6

Зависимость угла наклона мундштука горелки (ф, град) от толщины

Внутренняя изоляция наконечников позволяет вести работу да­же при касании ими свариваемой детали. Импортные газовые нако­нечники имеют специальное покрытие, уменьшающее налипание брызг металла на внутреннюю поверхность наконечника. Для этих же целей есть специальные пасты и спреи. Их регулярное применение позволяет значительно увеличить срок службы наконечника. Качество сварного шва зависит и от степени износа внутреннего отверстия то­кового наконечника. При «разбитом» отверстии ухудшается электри­ческий контакт, что приводит к нестабильности дуги и повышенному разбрызгиванию металла. Токовый наконечник является таким же расходным материалом, как сварочная проволока или газ. Недоста­точная скорость подачи проволоки или слишком малый расход за­щитного газа приводят к сильному перегреву наконечника и быстрому его износу. Недостаток газа вызывает перегрев сварочной ванны с возможным прожиганием металла, а избыток - повышенное растека­ние и перегрев периферийных областей шва с возникновением после­дующих механических напряжений. Для сварки сталей в кузовном ремонте обычно применяется проволока Св-08Г1С или Св-08Г2С, со­держащая около 2% кремния и 1% марганца для раскисления металла в сварочной ванне. Проволоки малого диаметра (0,6. 0,8 мм) позво­ляют получать высокие плотности тока и реализовать мелкокапель­ный (или струйный) перенос металла. Проволоки диаметром 1,0. 1,6 мм обеспечивают большую производительность, однако при этом ра­бочий ток превышает 300А.

Омеднение сварочной проволоки предохраняет ее от коррозии и обеспечивает хороший контакт с токовым наконечником. Однако при­сутствие меди в сварочной ванне немного снижает прочность сварно­го шва. Применение же проволоки без покрытия позволяет добиться хороших результатов, но только в том случае, если исключается кор­розия ее поверхности при хранении. Даже следы ржавчины вызывают повышенное искрение, разрывы дуги и разбрызгивание расплавленно­го металла. Существуют и порошковые проволоки, допускающие сварку без защитного газа. Однако для этого необходимо иметь аппа­рат с инверсионным устройством или устройством для переключения полярности.

Техника полуавтоматической сварки в среде углекислого газа проста.

При вертикальном положении газового наконечника прогрев металла идет достаточно равномерно. Однако при этом затрудняется наблюдение за дугой и мелкие капли металла из зоны сварки попада­ют на газовый наконечник, что уменьшает срок его службы. При на­клоне электрода в сторону, противоположную направлению переме­щения (углом вперед), положение улучшается. В этом случае глубина провара уменьшается, а сам шов становится шире; снижается вероят­ность прожигания тонкого металла, да и разбрызгивание незначитель­но. При наклоне горелки в противоположную сторону (углом назад) за счет дополнительного нагрева металл остается жидким большее вре­мя, глубина провара увеличивается, а ширина шва уменьшается.

Сварку вертикальных швов следует вести «углом назад», на­правляя дугу на переднюю часть сварочной ванны, что предотвращает стекание металла вниз, способствует увеличению проплавления корня шва и исключает натеки по его краям;

При сварке листов различной толщины положение горелки вы­бирают таким образом, чтобы отходящий газ был направлен в сторону более массивной детали;

Потолочные швы ведут «углом назад» на максимально возмож­ных точках. Дугу и поток газа направляют непосредственно в ванну жидкого металла, что уменьшает его стекание. С этой целью увеличи­вают расход газа;

Для увеличения массы шва следует вести горелку зигзагообраз­ным движением. Можно положить металл и поверх уже остывшего шва;

При точечной сварке (или при так называемой сварке электроза­клепками) положение горелки должно быть вертикальным;

Для каждого диаметра проволоки подбирают рабочий режим, т. е. регулируют напряжение и ток. Ток пропорционален произведе­нию площади сечения проволоки на скорость её подачи. Без проварки

образцов здесь не обойтись. Для начала можно ориентироваться на средние цифры, приведенные в табл. 11.7.

Тонкая настройка параметров сводится к регулировке скорости подачи проволоки. Регулировка заканчивается, когда достигнуто ус­тойчивое «горение» дуги. Уточнить параметры настройки можно, анализируя форму и качество полученного шва. Решающую роль здесь играет опыт.

Таблица 11.7.

Средние режимы сварки нахлесточных соединений заготовок из угле­родистых сталей (сварочная проволока сталь - Св-08Г2С, полярность -

обратная) Толщи­на ме­талла, Напряже­ Скорость подачи прово­локи, см/ мин Ско­рость сварки, м/ мин Рас­ход газа, л/ мин

режимах является надежное соединение заземляющего кабеля с кузо­вом. Место заземления должно быть на минимальном удалении от места сварки. Кроме того, должны быть обеспечен надежный контакт между проволочным электродом и первым листом, между двумя на­ложенными друг на друга листами и между нижним листом и массой. Величина нахлестки зависит от толщины металла свариваемых дета­лей и равна пятнадцати толщинам верхнего листа.

Сварочные полуавтоматы обеспечивают получение качествен­ных швов во всех пространственных положениях, что особенно важно при ремонте кузова легкового автомобиля. Большое влияние на каче-

ство шва оказывает тщательность очистки кузовных деталей от крас­ки, ржавчины и масла перед проведением сварочных работ.

В зависимости от назначения конструктивного элемента, его расположения в кузове, доступности к соединяемым деталям и их толщины сварка осуществляется сплошным, прерывистым или точеч­ным швом, а также по выполненным отверстиям.

Сварку сплошным швом выполняют в основном на деталях, со­единяемых встык. В этом случае подачу сварочной проволоки произ­водят непрерывно, а продолжительность процесса сварки регулируют пусковой кнопкой на сварочной горелке. При горизонтальной сварке последовательность действия, схожая с газовой сваркой. Сопло удер­живают под углом 75° по отношению к поверхности уже сваренного шва на расстоянии 8.10 мм от поверхности сварки. Горелку плавно без рывков перемещают вдоль свариваемой поверхности. В зависимо­сти от положения панели, толщины металла и точности подгонки де­талей сварку производят током 40, 60 или 80 А исключительно корот­кой дугой при скорости сварки 0,2.0,3 м/мин. С целью уменьшения влияния температурных деформаций и короблений сварку длинных соединений проводят «вразбежку» (меняют место сварки между дву­мя прихватами по длине свариваемых деталей). Короткими участками, максимально удаленными друг от друга, проваривают весь шов.

При наличии повышенного зазора в соединяемых деталях из тонколистового металла, имеющих большие открытые поверхности (крылья), из-за опасности прожога применяют сварку прерывистым швом. Периодическим прерыванием на 0,3с подачи сварочной прово­локи достигается уменьшение передачи тепла металлу. При подаче защитного газа и сварочного тока, но отсутствии подачи проволоки дуга гаснет, и сварочная ванна остывает. Время сварки обычно выби­рают в пределах 0,3.30с, а соотношение между временем сварки и перерывом принимают в зависимости от толщины соединяемых дета­лей и величины зазора. Все основные действия со сварочной горелкой и приемы сварки такие же, как и при режиме непрерывной сварки.

Точечная сварка возможна во всех пространственных положе­ниях и поэтому в ремонтной технологии кузова является самым рас­пространенным видом, даже при сварке несущих элементов кузова (лонжеронов, порогов, поперечин, пола, усилителей и др. деталей).

Для этого вида сварки применяют специальное газовое сопло с боко­выми отверстиями на конце или опорными ножками (длиной 10. 15 мм) для создания необходимого расстояния до поверхности сваривае­мых деталей. Конец сопла для точечной сварки имеет форму двух - или трехступенчатого усеченного конуса, предназначенного для при­жатия к поверхности детали и обеспечения выхода углекислого газа. При выполнении точечной сварки приставляют конец горелки к сва­риваемой поверхности панели и слегка прижимают для обеспечения плотного контакта между деталями. После нажатия на включатель го­релки быстро его отпускают. Образовавшаяся дуга сначала расплавля­ет металл верхней детали, а затем, пронизав жидкий металл верхней детали, производит расплавление металла нижней.

Сварка по отверстиям является разновидностью точечной свар­ки и позволяет экономно использовать материалы, электроэнергию и сокращает трудозатраты. На фланцах или кромках привариваемой па­нели предварительно выполняют дыроколом отверстия диаметром 5 мм, затем её прижимают к сопрягаемой панели при помощи газового сопла и в месте нахождения отверстия выполняют сварочную точку - электрозаклепку путем направления проволоки в перфорированное отверстие. Полученные выпуклые сварочные точки в открытых мес­тах зачищают до уровня основного металла. Соединение панелей электрозаклепками не уступает по прочности точечной сварке, вы­полненной электроконтактным способом в условиях завода - изгото­вителя. Благодаря высокому качеству сварки и незначительному вы­ступанию сварочных точек над поверхностью основного металла этот способ эффективен для сварки лицевых панелей, так как значительно сокращает затраты на шлифование поверхностей в местах сварки. При выборе шага сварных точек ориентиром может служить число заво­дских точек сварки, которыми деталь приварена к кузову. Сварку вы­полняют по отверстиям, полученным при отсоединении поврежден­ных деталей.

Параметрами режима сварки в углекислом газе являются диаметр используемой проволоки, величина сварочного тока, скорость подачи электродной проволоки, напряжение дуги, скорость сварки, расход углекислого газа, вылет электрода.

В настоящее время сварка в углекислом газе выполняется постоянным током обратной полярности (плюс на электроде). Переменный и постоянный ток прямой полярности пока еще не применяется из-за недостаточной устойчивости процесса и неудовлетворительного формирования и качества сварного шва.

Режим сварки в углекислом газе выбирают в зависимости от толщины и марки свариваемой стали, типа соединения и формы разделки кромок, положения шва в пространстве, а также с учетом обеспечения стабильного горения дуги, которое ухудшается с понижением сварочного тока.

Следует также помнить, что с увеличением напряжения дуги при неизменном токе возрастает ширина шва и несколько уменьшается величина его усиления, повышается разбрызгивание жидкого металла. Чрезмерное увеличение напряжения дуги может привести к образованию пор в шве.

При увеличении сварочного тока и уменьшении напряжения дуги резко увеличивается глубина провара, уменьшается ширина и увеличивается высота усиления шва. Если сварочный ток и напряжение дуги чрезмерно увеличены, то шов получается очень выпуклым.

При сварке на одном и том же токе более тонкой проволокой повышается устойчивость горения дуги, уменьшается разбрызгивание жидкого металла, увеличивается глубина проплавления основного металла, повышается производительность сварки.

Чтобы получить качественные плотные швы, необходимо не только использовать проволоку соответствующей марки с чистой поверхностью, но и обеспечить хорошую защиту сварочной ванны от соприкосновения с воздухом.

Для этого расход углекислого газа должен составлять 5-12 л/мин при сварке проволокой диаметром 0,5-1,2 мм и 14-25 л/мин при сварке проволокой диаметром 1,6-3,0 мм. С повышением сварочного тока, напряжения дуги и вылета электрода расход углекислого газа соответственно увеличивается.

В табл. 68 приведены рекомендуемые в зависимости от толщины свариваемого металла диаметры электродной проволоки, а в табл. 69 - пределы сварочного тока, напряжения дуги, величины вылета электрода и расход углекислого газа в зависимости от диаметра электродной проволоки.

При сварке соединений с зазором без подкладок сварочный ток устанавливают по нижнему пределу, а при сварке соединений без зазора либо с зазором, но на подкладке - по верхнему пределу. При полуавтоматической сварке величина сварочного тока может быть несколько большей, чем при автоматической.

Таблица 69. Ориентировочные режимы сварки в углекислом газе в нижнем положении низколегированной проволокой различного диаметра.

Диаметр электродной проволоки, мм
Сварочный ток, А.
Напряжение дуги, В
Вылет электрода
Расход углекислого газа, л/мин

При сварке в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях сварочных ток должен быть на 10-20% меньше, чем при сварке в нижнем положении. Ток также уменьшают при сварке легированных и высоколегированных сталей.

Скорость сварки стыковых соединений принимают в зависимости от толщины свариваемого металла, а тавровых соединений - также и от катета шва.

Скорость полуавтоматической сварки обычно меньше, чем автоматической. При полуавтоматической сварке скорость перемещения электрода неравномерна, что приводит к неравномерной глубине провара по длине соединения, а при сварке тонкого металла - к прожогам.

Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм лучше сваривать в вертикальном положении сверху вниз. Угловые вертикальные швы катетом до 5 мм также выполняют сверху вниз. Соединения на металле толщиной до 1 мм с отбортовкой кромок более рационально сваривать неплавящимся угольным электродом в углекислом газе.

Полуавтоматом может представлять достаточно высокую сложность не только для новичка, но и для опытного специалиста. Такие сложности в первую очередь связаны с особенностями самого металла, для качественной сварки которого необходимо правильно подобрать рабочие режимы сварки и соответствующие расходные материалы.

Виды нержавеющих сталей

Основным легирующим элементом сталей, относящихся к категории нержавеющих, является хром. Именно благодаря данному элементу, которого в нержавейке должно содержаться не менее 12%, на ее поверхности создается оксидная пленка. Несмотря на очень незначительную толщину такой пленки, иногда не превышающую размеров нескольких атомов, она обеспечивает надежную защиту металла от воздействия коррозии. Кроме того, если случайно или преднамеренно повредить эту защитную пленку методом механического воздействия, то через некоторое время она восстановит свою целостность.

В химическом составе преимущественного большинства марок , кроме железа, углерода и хрома, могут содержаться такие химические элементы, как никель, титан, ниобий и молибден. Эти элементы, находящиеся в в достаточно незначительных количествах, улучшают как антикоррозионные, так и механические характеристики сплава.

Нержавеющие стали в зависимости от особенностей своей внутренней структуры могут относиться к одному из следующих типов.

Мартенситные

Это сплавы, содержащие в своем составе 17% хрома и 0,5% углерода. Нержавейка с такой структурой отличается твердостью и высокой хрупкостью и может успешно эксплуатироваться только в слабоагрессивных средах.

Аустенитные

В химическом составе таких сталей, кроме хрома и углерода, также содержится никель, который и увеличивает аустенитную область в их структуре. Отличительными качествами таких сплавов, относящихся к категории немагнитных, являются высокая коррозионная устойчивость, прочность, оптимально сочетающаяся с хорошей пластичностью.

Ферритные

Сюда относятся нержавеющие стальные сплавы, содержащие в своем составе не более 0,12% углерода и до 30% хрома. Такая нержавейка, отличающаяся хорошим соотношением высокой прочности и пластичности, устойчива к термической закалке и может успешно эксплуатироваться в условиях воздействия агрессивных сред.

Сварка нержавеющей стали в защитной среде полуавтоматом обеспечивает качественное соединение изделий

Свойства и свариваемость нержавейки

Стали, относящиеся к категории нержавеющих, являются трудно свариваемым материалом, что объясняется рядом их физических и химических характеристик. Решив варить нержавейку полуавтоматом, вы должны учитывать ряд важных параметров. Только в таком случае можно рассчитывать на то, что полученное сварное соединение будет отличаться требуемым качеством и надежностью.

По сравнению со сталями других категорий, нержавейка отличается достаточно низкой (в среднем в два раза) теплопроводностью. Из-за этого тепло из сварочной зоны отводится очень плохо, в результате металл подвергается значительному перегреву, что отрицательно сказывается на его коррозионной устойчивости. Чтобы избежать таких негативных последствий, сварка нержавейки с помощью полуавтомата выполняется на пониженном токе (на 15–20%), а соединяемые детали подвергают дополнительному охлаждению.

При значительном нагреве (свыше 500°) на границах кристаллической решетки нержавеющего металла формируются карбидные соединения, которые становятся причиной возникновения такого явления, как межкристаллитная коррозия. В результате происходит расслоение внутренней структуры металла и развиваются коррозионные процессы. Чтобы избежать этого, прибегают к более интенсивному охлаждению соединяемых изделий, для чего может использоваться обычная вода.

Варить нержавейку (в том числе и в среде защитного газа) сложно еще и потому, что она имеет склонность к тепловому расширению. Значительное расширение соединяемых изделий, происходящее в процессе сварки полуавтоматом, приводит к образованию трещин как в сварном шве, так и в основном металле. Между тем можно избежать такого явления, если между свариваемыми деталями оставлять более широкий зазор.

Нержавеющая сталь из-за особенностей своего химического состава отличается достаточно высоким электрическим сопротивлением, что становится причиной значительного нагрева электродов, используемых для выполнения сварки полуавтоматом. В связи с этим для сварки нержавейки применяют электроды, изготовленные из проволоки с определенным химическим составом, а длина прутков, если в их состав входят хром и никель, не должна превышать 350 мм.

Расходные материалы

Хороших результатов соединения деталей из нержавейки позволяет добиться сварка, выполняемая в среде защитного газа. Чтобы варить по такой технологии, естественно, потребуется как специальное оборудование, так и соответствующие расходные материалы, в качестве которых выступают присадочная проволока и сам газ.

Назначением газа при сварке полуавтоматом является защита расплавленного металла в сварочной ванне от окисления. Газ, используемый для такой защиты, сам не должен вступать в реакцию с расплавленным металлом, чтобы не оказывать на него вредного влияния. Именно поэтому в качестве защитной среды преимущественно используют инертный аргон, смешанный с небольшим количеством углекислого газа.

Стандартный состав газовой смеси, используемой при сварке нержавейки полуавтоматом, включает в себя 98% аргона и 2% углекислого газа. В отдельных случаях, чтобы снизить себестоимость выполнения сварки, допускается применять газовую смесь, состоящую из 70% аргона и 30% углекислого газа.

Чтобы варить нержавейку, получая при этом качественный и надежный сварной шов, очень важно правильно подобрать присадочную проволоку, которая также должна быть изготовлена из нержавеющей стали. В тех случаях, когда нет возможности воспользоваться защитным газом, сварку полуавтоматом проводят в обычной среде, но для ее выполнения используют специальную порошковую проволоку. Между тем использование последней приводит к тому, что сварные швы со временем могут покрыться слоем ржавчины.

Некоторые особенности технологии

Значительно повысить качество сварки нержавейки, а также упростить процесс ее выполнения позволяет использование специальных сварочных полуавтоматов, упомянутых выше. Использование такого оборудования позволяет решить сразу несколько технологических задач, к числу которых относятся:

• подача присадочной проволоки в зону формирования соединения;
• подача в зону сварки защитного газа;
• охлаждение сварочной горелки;
• обеспечение удобства выполнения сварных соединений в труднодоступных местах.

Оборудование для сварки полуавтоматом

В изделиях из нержавеющих сталей в процессе сварки образуются значительные внутренние напряжения, которые снимаются их дальнейшей термической обработкой – нагревом до температуры 660–760° и медленным охлаждением на открытом воздухе.

Подготовка к сварочным работам

Прежде чем варить с помощью полуавтомата изделия, изготовленные из нержавейки, их необходимо правильно подготовить, чтобы получить качественное и надежное соединение. Процесс такой подготовки заключается в следующем.

• Поверхность соединяемых деталей тщательно зачищается с применением металлической щетки, а затем обезжиривается, для чего можно использовать наиболее распространенные растворители.
• Чтобы удалить с поверхности изделия остатки влаги, его нагревают до температуры 100°.

Правила и методы сварки

Как уже говорилось выше, чтобы качественно варить нержавейку с помощью полуавтомата, необходимо правильно подобрать присадочную проволоку, из которой и будет формироваться сварной шов. Оптимально, если степень легирования проволоки превышает аналогичный параметр основного металла. Объясняется это тем, что легирующие элементы, содержащиеся в химическом составе проволоки, будут выгорать из металла в процессе его плавления, поэтому их содержание и должно быть учтено с запасом.

Для сварки изделий, изготовленных из нержавейки, используются три основные метода:

• метод короткой дуги (применяется в тех случаях, когда свариваются изделия небольшой толщины);
• метод струйного переноса (позволяет выполнять сварку деталей даже очень значительной толщины);
• импульсный (наиболее универсальная технология, позволяющая выполнять сварочные работы с высокой производительностью и при этом экономить затрачиваемые ресурсы).

Каждый из перечисленных методов отличается определенными особенностями, но есть и общие правила, которых следует придерживаться, используя каждый из них. Рассмотрим эти правила.

• Корпус горелки располагается под противоположным углом к ходу шва, чтобы обеспечить качественный обзор последнего.
• Сопло горелки, через которое подаются защитный газ и сварочная проволока, располагают на расстоянии приблизительно 12 мм от поверхности изделий.
• Присадочная проволока, расплавленная в результате горения электрической дуги, подается в зону формируемого сварного шва небольшими каплями.

• Варить нержавейку следует только на обратной полярности.
• Угол, под которым располагается сопло сварочного аппарата, должен обеспечивать хороший провар места соединения и небольшую ширину формируемого шва.
• Вылет проволоки из сопла сварочного аппарата не должен превышать 12 мм.
• Расход газа, который формирует защитную среду, должен находиться в интервале 6–12 м 3 /мин.
• Газ, который подается в зону сварки, должен предварительно пропускаться через осушитель, в качестве которого используется медный купорос.
• Чтобы минимизировать разбрызгивание расплавленного металла из зоны выполнения сварки, поверхность соединяемых изделий обрабатывают водным раствором мела.
• Чтобы получить красивый и качественный сварной шов, его не следует начинать и заканчивать на самом краю соединяемых деталей. Лучше отступить на некоторое расстояние. Сама сварка, что важно, выполняется без колебательных движений в стороны от формируемого шва.

Устранение деформаций

В процессе сварки изделия из нержавейки могут деформироваться, что связано с их значительным нагревом в процессе выполнения этой процедуры. Для того чтобы исправить такие дефекты, можно воспользоваться одним из двух способов.

• Используя молоток и гладилку, образовавшийся на поверхности нержавейки «пузырь» просто простукивают, двигаясь от края детали.
• Выправление сформировавшегося коробления при помощи простукивания будет более эффективным, если совместить его с прогревом деталей, для чего можно использовать обычную газовую горелку.