Сварщик дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе

Сварку в СО2 обычно выполняют на постоянном токе обратной поляр­ности плавящимся электродом. Основными параметрами режима сварки в СО2 и его смесях являются полярность и сила тока, напряжение дуги; диаметр, скорость подачи, вылет и наклон электрода; скорость сварки; расход и состав защитного газа.

Сварочный ток и диаметр электродной проволоки выбирают в зависи­мости от толщины свариваемого металла и расположения шва в про­странстве. Стабильный процесс сварки с хорошими технологическими характеристиками можно получить только в определенном диапазоне си­лы сварочного тока, который зависит от диаметра и состава электродной проволоки и рода защитного газа.

Величина сварочного тока определяет глубину проплавления и произ­водительность процесса сварки. Величину сварочного тока регулируют изменением скорости подачи сварочной проволоки.

Одним из важных параметров режима сварки в С0₂ является напряже­ние дуги. С повышением напряжения увеличивается ширина шва и улуч­шается его формирование. Однако увеличивается и угар полезных эле­ментов кремния и марганца, повышается чувствительность дуги к “маг­нитному дутью”, увеличивается разбрызгивание металла сварочной ван­ны. При пониженном напряжении дуги ухудшается формирование сва­рочного шва. Оптимальные значения напряжения дуги зависят от вели­чины сварочного тока, диаметра и состава электродной проволоки, а так­же от рода защитного газа.

Другие параметры режима сварки в С0₂ находятся в сложной зависи­мости от различных факторов, влияющих на сварочный процесс.

Перед началом сварки необходимо отрегулировать расход газа и вы­ждать 20-30 секунд до полного удаления воздуха из шлангов. Перед зажи­ганием дуги необходимо следить, чтобы вылет электрода из мундштука не превышал 20 — 25 мм. Движение горелки должно осуществляться без за­держки дуги на сварочной ванне, так как эта задержка вызывает усилен­ное разбрызгивание металла. Сварка в нижнем положении производится с наклоном горелки под углом 5 — 15° вперед или назад. Предпочтительнее вести сварку углом назад, т.к. при этом обеспечивается более надеж­ная защита сварочной ванны. При механизированной сварке металла ма­лой толщины 1-2 мм поперечных колебательных движений не произво­дят. Сварку ведут на максимальной длине дуги, с максимальной скоро­стью. При достаточной газовой защите избегают прожогов и обеспечива­ют нормальное формирование шва. Горелку ведут углом назад, при этом угол наклона составляет 30-45°.

Стыковые соединения при толщине металла 1,5-3 мм сваривают на ве­су. Более тонкий металл сваривают в вертикальном положении на спуск (сверху вниз), провар достигается за один проход. Сварку соединений внахлестку при толщине металла 0,8-2,0 мм чаще производят на весу и реже — на медной подкладке. При качественной сборке нахлесточных со­единений представляется возможным значительно увеличить скорость сварки. Колебательные движения горелкой при сварке больших толщин те же, что и при ручной сварке. При сварке с перекрытием для уменьшения пор применяются продольные колебания горелки вдоль оси шва, что обеспечивает более полное удаление водорода из сварочной ванны.

Сварка в среде С0₂ является высокопроизводительным процессом. В массовом и крупносерийном производстве работают слесари-сборщики, которые освобождают сварщика от сборочных операций. Сварочный пост в этом случае оборудуется кроме сварочной аппаратуры специальными приспособлениями для обеспечения высокой производительности сва­рочных работ при гарантированном качестве сварных узлов. На рис. 2.86 показан сварочный пост на одного сварщика и одного слесаря-сборщика.

Требования к качеству сборки и подготовки деталей под сварку в С0₂ сва­рочной проволокой (0,8 — 2,5) мм должны соответствовать ГОСТ 14771-76.

На практике в основном применяют сварку в углекислом газе с принудительными короткими замыканиями проволокой диаметром 0,6—1,4 мм, с крупнокапельным переносом электродного металла проволокой диаметром 1,6—2,0 мм и сварку порошковой проволокой без коротких замыканий (табл. 7).

Сварка с принудительными короткими замыканиями проволокой диаметром 0,6—1,4 мм в настоящее время реализуется аппаратами с постоянной скоростью подачи электродной проволоки при питании от источников с жесткой, пологопадающей, пологовозрастающей и комбинированной внешней характеристикой, содержащих во вторичной цепи постоянного тока катушку индуктивности.

Весь процесс можно разделить на ряд подобных циклов, на протяжении которых наблюдаются характерные явления. Эти явления можно представить следующим образом. Теплота, выделяемая дугой после ее зажигания, интенсивно расплавляет деталь и электродную проволоку, непрерывно подаваемую к детали. На конце электрода образуется капля расплавленного электродного металла, а на свариваемой детали — ванна жидкого металла. Капля и ванночка оттесняются дугой. Энергия, накопленная в катушке индуктивности, уменьшается. По мере уменьшения силы тока скорость расплавления проволоки и давление дуги уменьшаются. В результате капля электродного металла и ванночка приближаются друг к другу и замыкают разрядный промежуток. Дуга гаснет, напряжение резко уменьшается, а сила тока в цепи возрастает. С увеличением силы тока усилие пинч-эффекта возрастает, что приводит к ускорению перехода капли в ванну и образованию шейки между электродом и каплей. Утоненная шейка перегревается проходящим током и перегорает со взрывом. Напряжение резко возрастает, зажигается дуга. После этого все явления повторяются.

Рассмотренный характер течения процесса сварки задается выбором программы изменения мгновенной мощности и силы тока. Скорость и характер нарастания силы тока короткого замыкания и уменьшения силы тока дуги определяют стабильность этого процесса, который по своей физической природе является импульснодуговым с принудительными короткими замыканиями и управляемым переносом капель в шов с внутренней обратной связью по напряжению сварки.

Основными параметрами данного процесса являются: среднее напряжение сварки , средняя сила тока сварки ,среднее напряжение дуги , максимальная сила тока   минимальная сила тока   ,длительность горения дуги ,  длительность короткого замыкания , длительность цикла , скорость нарастания силы тока при коротком замыкании разрядного промежутка каплей и скорость спада силы тока при горении дуги . Помимо этого, процесс сварки характеризуется полярностью тока, скоростью подачи проволоки, вылетом электрода, скоростью сварки и другими параметрами.

Напряжение дуги оказывает большое влияние на характер течения сварки.

С повышением напряжения увеличивается длительность горения дуги и всего цикла, а частота коротких замыканий уменьшается, увеличиваются диаметр капель на электроде, длительность их пребывания в зоне дуги, потери на окисление и разбрызгивание. Форма шва с повышением напряжения несколько улучшается.

С увеличением силы тока длительность горения дуги и всего цикла уменьшается, частота коротких замыканий увеличивается. С увеличением силы тока возрастают давление дуги и погружение ее в ванну. Для получения стабильного процесса с увеличением силы тока необходимо повышать напряжение (рис. 22). При повышенных напряжениях, зависящих от силы тока, процесс переходит в крупнокапельный без коротких замыканий.

Изменение полярности тока напрямую не вызывает принципиального изменения характера течения процесса. Однако значительно повышается скорость плавления электрода, уменьшаются сила тока и частота коротких замыканий, а диаметр капель увеличивается. С увеличением диаметра электрода увеличивается длительность периодов горения дуги и коротких замыканий, а частота коротких замыканий уменьшается.

Состав проволоки отражается на процессе сварки в случаях, когда он приводит к изменению характеристик дугового разряда, поверхностного натяжения или удельного электрического сопротивления проволоки. С увеличением вылета электрода увеличиваются длина дуги, длительность периодов горения дуги и диаметр капель. При значительном увеличении вылета наблюдается периодическое нарушение процесса. Характер течения процесса с частыми короткими замыканиями в большой степени зависит от скорости нарастания в цепи. При больших скоростях нарастания и сварке проволокой Св—О8Г2С диаметром 0,6—1,4 мм процесс стабилен, но сопровождается повышенным разбрызгиванием. При малых скоростях нарастания процесс протекает с редкими короткими замыканиями, импульсный характер изменения силы тока выражен слабо, и на низких напряжениях процесс протекает нестабильно.

При средних «оптимальных» скоростях нарастания процесс протекает стабильно и отличается небольшим разбрызгиванием. С увеличением диаметра электродной проволоки «оптимальные» значения уменьшаются.

При питании от источников, содержащих индуктивность в сварочной цепи и имеющих изменение наклона внешней характеристики в пределах от 0,04 до 0,08 В/А не меняет характера и стабильности течения процесса сварки проволоками диаметром 0,6—1,4 мм.

С увеличением угла наклона внешней характеристики в этих пределах несколько увеличивается внешняя составляющая длины дуги, уменьшается число коротких замыканий и улучшается формирование шва. При увеличении наклона более —0,08 В/А случайные нарушения вылета электрода или скорости подачи приводят к значительным изменениям длины дуги и напряжения, а также к увеличению разбрызгивания. Рост внешней характеристики более +0,04 В/А затрудняет восстановление стабильного процесса при случайных нарушениях.

При сварке в СО2 проволоками марок Св—08ГС, Св—08Г2СА, Св—08ГСТ, Св—08ГСМТ диаметром 0,6—1,4 мм на токах до 180—200 А.  в зависимости от диаметра электрода на режимах с короткими замыканиями, при питании от источников с «оптимальными» динамическими свойствами, при оптимальных «соотношениях» напряжения, тока и вылета электрода и обеспечении их постоянства разбрызгивание металла сравнительно невелико 3-5%.

Выброс брызг происходит в основном при перегорании шейки между электродом и каплей, переходящей в шов (рис. 24, а). «Оптимальные» скорости нарастания тока короткого замыкания, обеспечивающие минимальное разбрызгивание, зависят от диаметра электрода, положения сварки и напряжения дуги. При сварке вертикальных швов методом снизу вверх и в потолочном положении скорости нарастания тока короткого замыкания рекомендуется устанавливать максимальные, а напряжения минимальные, дугу направлять на переднюю часть ванночки поддерживая ее от стекания. Так, при сварке в нижнем положении скорости нарастания тока при некотором повышении напряжения рекомендуется устанавливать у нижней области оптимальных значений. При чрезмерном снижении скоростей нарастания тока короткого замыкания наблюдаются затруднения в установлении процесса сварки и периодические нарушения стабильности, увеличивающие разбрызгивание.

При сварке на всех токах напряжение дуги и вылет электрода являются основными параметрами, определяющими длину дуги, ее подвижность и соответственно разбрызгивание. Для уменьшения разбрызгивания необходимо вести сварку на возможно более низком напряжении, предупреждать колебание напряжения и обеспечивать постоянство вылета электрода. С этой целью необходимо питать дугу от источников, имеющих стабилизацию выходного напряжения. Следует учитывать, что изменение напряжения при сварке тонкими проволоками на 1,5 В уже существенно увеличивает разбрызгивание. Большую роль в увеличении разбрызгивания играет активное и индуктивное сопротивление сварочной цепи, определяемое во многом расположением и сечением сварочных проводов, и техника сварки. Для уменьшения разбрызгивания необходимо обеспечивать нормальную организацию работ по подготовке к сварке (качественную сборку, использование чистых, соответствующих ГОСТам, электродных проволок и углекислого газа без воды в баллоне).

На основе анализа литературы и опыта применения сварки в СО2  можно утверждать, что при сварке тонкими проволоками диаметром 0,6—1,4 мм типа Св—08ГС, Св—08Г2С, Св—10ГСМТ, Св—08ГС, согласно ГОСТ 2246—70, без загрязнения, на режимах с частыми короткими замыканиями, при защите дуги углекислым газом (диоксидом углерода) высшего и первого сорта, согласно ГОСТ 8050—83, обеспечении качественной защиты зоны сварки, при питании от источников тока с пологопадающей внешней характеристикой, «оптимальными» динамическими свойствами сварочной цепи, без нарушения скорости подачи, в диапазоне токов до 180—280А (в зависимости от диаметра электрода), при поддержании постоянными «оптимальных» напряжений и вылетов электрода достигается получение качественных сварных соединений без дефектов во всех пространственных положениях и минимальным разбрызгиванием 3-5%.

Наблюдаемое на многих предприятиях высокое разбрызгивание при полуавтоматической сварке вызвано несоблюдением режимов и техники сварки, использованием универсального оборудования с несоответствующими скоростями нарастания тока короткого замыкания, повышенной индуктивностью сварочной цепи (длинными кабелями свернутыми в бухту), а также несоблюдением основных правил организации работ (отсутствие контроля за качеством защитного газа и электродной проволоки, некачественной подготовкой и сборкой соединений, недостаточным текущим контролем режимов и техники сварки и прежде всего напряжения сварки и вылета электрода).

Улучшение технологических характеристик сварки в СО2 с принудительными короткими замыканиями достигается за счет использования источников тока с комбинированной внешней характеристикой, а также путем повышения тока в периоды горения дуги и изменения тока короткого замыкания в периоды коротких замыканий по программе с обратной связью от изменения напряжения при коротких замыканиях разрядного промежутка каплями . Программы обеспечивают задержку нарастания тока в первый момент коротких замыканий и уменьшение тока в период окончания перехода капли в ванну и взрыва шейки между каплей и электродом. Такие схемы реализуются путем наложения импульсов тока при сварке от низкочастотных выпрямителей и изменением тока в высокочастотных инверторах.

Улучшение процесса сварки достигается также путем пульсирующей и вибрирующей подачи электродной проволоки. В диапазоне токов от 200—350 А сварка в СО2 тонкими проволоками 1,2—1,4 мм сопровождается повышенным разбрызгиванием. При необходимости выполнения сварки в этом диапазоне токов рекомендуется применение порошковых проволок при защите дуги СО2, выполнение сварки в смеси аргона с углекислым газом (до 18%) с импульсами тока и на режимах струйного переноса и выполнение сварки в СО2 с низкочастотной модуляцией двух режимов.

При сварке в СО2 с увеличением тока более 350 А наблюдается значительное погружение дуги в жидкую ванночку и уменьшение разбрызгивания. Однако швы формируются с глубоким проваром, большим усилением и малой шириной.

Такие режимы могут быть использованы для сварки в нижнем положении коротких швов на толстом металле (более 16 мм), например, при сварке строительной арматуры, без разделки и принудительном формировании стыков, а также при сварке вертикальных швов с принудительным формированием и добавкой небольшого количества флюса.

Процесс с крупнокапельным переносом. Такой процесс наблюдается при сварке проволокой диаметром 0,6—1,4 мм на повышенных напряжениях, а кремнемарганцевой проволокой диаметром более 1,6 мм — во всем диапазоне режимов сварки (см. табл. 7). Вследствие высокой концентрации энергии и большого давления дуги в углекислом газе капля на конце электрода оттесняется дугой от ванны и смещается с оси электрода. В результате капли вырастают до больших размеров (рис. 23). При малой длине дуги на низких

напряжениях процесс протекает с короткими замыканиями. С повышением напряжения число коротких замыканий уменьшается, а диаметр капель увеличивается. При высоких напряжениях процесс протекает без коротких замыканий.

Сварка в СО2 проволокой диаметром 1,6—3,0 мм с крупнокапельным переносом сопровождается повышенным разбрызгиванием, которое происходит в основном из-за случайного вылета за пределы шва крупных капель и систематического выброса мелких (рис. 24, д).

При сварке с короткими замыканиями разбрызгивание происходит из-за выброса мелких капель силой взрыва шейки (рис. 24, а, б). При больших скоростях нарастания силы тока короткого замыкания происходит также выброс остатка капли с электрода и расплескивание ванны (рис. 24, б, в). Для уменьшения разбрызгивания рекомендуется ограничивать скорость нарастания и силу тока к з. Это достигается включением в сварочную цепь дросселя или дросселя и балластного реостата.

Особенно резко разбрызгивание увеличивается при использовании ржавой проволоки, при сварке деталей, покрытых краской, маслом, что приводит к частым взрывам крупных капель (рис. 24, е-з), выбросам крупных брызг и капель из ванны. Нарушение защиты и повышение напряжения в диапазоне средних токов увеличивает потери из-за выброса крупных и мелких брызг. При нарушениях процесса, так же, как и в начале сварки при питании от источника с низкими скоростями нарастания наблюдается резкое увеличение разбрызгивания в результате выброса нерасплавленной части электрода и расплескивания ванны (рис. 24, г).

При сварке на больших значениях силы тока (табл. 9) при полном погружении дуги снижается излучение, и разбрызгивание уменьшается до 2—4%. Однако усиление шва велико и возможны краевые несплавления. Хорошее формирование шва и небольшое разбрызгивание получают на режиме, при котором внешняя составляющая дуги равна 2—3 мм. Такой процесс называют «сварка полупогруженной дугой». При этом при питании от источника с падающей характеристикой формируются более широкие швы. Выполнение сварки на чередующихся режимах — полупогруженной дугой и на малых токах — обеспечивает улучшение формирования шва и уменьшение разбрызгивания.

Струйный процесс в углекислом газе получают только при использовании проволок, активированных цезием, рубидием, калием, натрием, барием и некоторыми другими элементами. Сварку ведут на прямой полярности. Процесс во многом подобен сварке в аргоне, но протекает в узком диапазоне силы тока.

Сварка в углекислом газе порошковой проволокой находит все более широкое применение. При использовании порошковой проволоки рутилового типа процесс протекает с непрерывным горением дуги и переносом небольших капель (рис. 25), отличается небольшим разбрызгиванием и хорошим формированием шва. При использовании порошковой проволоки карбонатного типа процесс протекает с крупнокапельным переносом и во многом подобен сварке проволокой Св-08Г2С сплошного сечения.

Сварка в смеси с углекислого газа с кислородом

Используемые смеси содержат 5-20% О2. При сварке могут быть получены процесс с частыми короткими замыканиями и процесс с крупнокапельным переносом. Добавление кислорода к углекислому газу незначительно изменяет характер течения процесса сварки. Он в основном отличается более высоким окислительным потенциалом защитной среды и более высокой температурой жидкого металла. Для сварки используют проволоку с повышенным содержание раскислителей. Формирование шва несколько лучше, чем при сварке в чистом углекислом газе, но поверхность покрыта большим количеством шлака.

Сварка в смесях аргона с кислородом, аргона с углекислым газом и аргона с углекислым газом и кислородом

При сварке углеродистых сталей в чистом аргоне в швах образуются поры, поэтому применяют смеси аргона с кислородом или с углекислым газом. Добавление к аргону кислорода практически не изменяет электрические характеристики дуги и ее воздействие на ванну и каплю. Могут быть получены процессы с крупнокапельным переносом, струйный и импульсно-дуговой (табл. 10).

При добавлении к аргону углекислого газа происходит увеличение градиента потенциала и увеличение концентрации энергии дуги. Как следствие этого уменьшаются размеры дуги и увеличивается давление дуги на ванну и каплю на электроде. Изменения зависят от содержания углекислого газа. При содержании его в смеси до 15% получают те же процессы, что и в чистом аргоне: крупнокапельный, импульсно-дуговой и струйный (при силе тока выше критической, но критические токи больше, чем в аргоне.

При содержании в смеси 20—25% углекислого газа получают процесс с частыми принудительными короткими замыканиями (используется проволока диаметром 0,6—1,4 мм), крупнокапельный, струйный и импульсно-дуговой. Сила критического тока струйного процесса

выше, чем в чистом аргоне и смесях с меньшим содержанием углекислого газа.

При сварке в смеси аргона с СО2 и питании от источника с комбинированной ВАХ удается получить более широкий шов и меньшее разбрызгивание, чем при питании от источника с жесткой и пологопадающей ВАХ. Процесс сварки с принудительными короткими замыканиями получают при использовании смесей аргона с более чем 20%  углекислого газа проволокой диаметром 0,8— 1,6 мм при питании от источников с пологопадающей и комбинированной характеристикой и индуктивностью во вторичной цепи.

Процесс с крупнокапельным переносом наблюдается при сварке на токах силой меньше критической. Отличительной особенностью сварки в Ar+C02 является малое давление дуги. В результате капли вырастают до больших размеров и незначительно приподнимаются над ванной (рис. 26, а). При переходе с электрода в ванну крупные капли значительно изменяют длину дуги, что приводит к резким колебаниям напряжения.

Струйный процесс (рис. 26, б) наблюдается при увеличении силы тока больше критической величины. Переход от крупнокапельного процесса к струйному от сварки в Ar+5 ⁰002 и до сварки в Ar+25%C02+5%02 обычно происходит скачкообразно.

Для этого процесса характерны мелкокапельный перенос электродного металла, непрерывное горение дуги и высокая ее стабильность. Напряжение и сила тока сохраняются неизменными. При струйном процессе сварки в Ar+C02 большинства материалов в дуге можно выделить две зоны: наружную и внутреннюю. Плазма дуги перемещается в обеих зонах от электрода к изделию. Теплопередача и давление в наружной области дуги сравнительно невелики, а во внутренней очень большие. В результате резко увеличивается глубина провара в его центре. Стабильный процесс наблюдается в пределах силы тока, указанных в табл. 7. При дальнейшем увеличении силы тока процесс протекает нестабильно, напряжение и ток колеблются, повышается разбрызгивание.

С повышением напряжения дуги несколько уменьшается минимальная сила тока струйного процесса, а длина дуги, длина расплавленной конусообразной части и диаметр капель увеличиваются. С увеличением диаметра электрода переход от крупнокапельного процесса к струйному происходит при больших значениях силы тока. При сварке проволокой диаметром до 4 мм и использовании головок с постоянной скоростью подачи электрода стабильность процесса высокая. В этом случае питать дугу рекомендуется от источников с жесткой, пологопадающей или пологовозрастающей статической характеристикой и высокими динамическими свойствами. При увеличении диаметра электрода более 4 мм и сварке с плотностью тока в электроде менее 70 А/мм² отмечают понижение саморегулирования процесса. При этом рекомендуется сварку выполнять головками с зависимой от напряжения скоростью подачи проволоки и от источников питания с крутопадающей внешней характеристикой при пониженных скоростях изменения .

Изменение состава электродной проволоки в большинстве случаев меняет только пределы токов струйного процесса. С увеличением вылета электрода несколько уменьшается минимальная сила тока. С переходом на прямую полярность резко увеличиваются длина и излучение дуги, а также длина расплавленной части электрода. Характер процесса в основном сохраняется таким же. Скорость расплавления электрода увеличивается в 1,6 раза.

Импульсно-Дуговой процесс можно осуществлять плавящимся электродом с непрерывным горением дуги (см. рис. 7, а), с принудительными короткими замыканиями путем наложения импульсов и перемещения капли (см. рис. 7, б), с частыми короткими замыканиями за счет изменения силы тока и скорости плавления электрода, как при сварке в СО2 (см. рис. 7, в), а также с принудительным гашением дуги (см. рис. 7, г). Наибольшее распространение получила импульсно-дуговая сварка с непрерывным горением дуги при жесткой программе наложения импульсов тока (см. рис. 7, а).

Основные характеристики этого процесса следующие (рис. 27): среднее напряжение сварки , средняя сила тока сварки , максимальное напряжение импульса , напряжение в промежутке (паузе) между импульсами , максимальное значение силы тока в импульсе , сила тока в промежутке (паузе) между импульсами , длительность импульса тока , длительность паузы между импульсами , длительность цикла , частота следования импульсов .

Кроме того, процесс характеризуется также обычными технологическими параметрами, такими как полярность, скорость подачи проволоки, скорость сварки и др. На течение процесса большое влияние оказывают также скорости нарастания и спада силы тока импульса и скорость нарастания силы тока при коротком замыкании цепи . Тепловая энергия, выделяющаяся в дуге, пропорциональна средним значениям напряжения и силы тока дуги, а в вылете электрода — эффективной силе тока.

В общем случае средние значения напряжения и силы тока могут быть определены по площади, ограниченной кривыми напряжения и тока:

Величины и а также напряжение и сила тока в импульсе и паузе зависят от параметров импульсов. Процессы, протекающие во время импульса тока, в значительной степени определяют стабильность сварки, расплавление электрода отрыв капли с электрода, интенсивность металлургических реакций, форму и размеры шва и другие характеристики процесса. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом осуществляется обычно при постоянной скорости подачи электродной проволоки. При этом условием стабильного течения процесса является равенство скорости подачи и интегральной скорости плавления электродной проволоки за один цикл:

где – скорость подачи электродной проволоки, – скорость плавления электродной проволоки, – длительность цикла.

Скорость плавления электродной проволоки зависит от величины и длительности импульса тока и энергии импульса. При импульсно-дуговой сварке можно выделить по меньшей мере пять диапазонов.

1-й Диапазон. Сварка с наложением импульсов малой энергии. Плавление проволоки и перенос капель протекают так же, как и при сварке без наложения импульсов. Повышается только стабильность дугового разряда при малых значениях силы тока. При наложении импульсов сила сварочного тока несколько увеличивается, напряжение не изменяется.

2-й Диапазон. Энергия импульсов больше, чем в первом, и уже оказывает влияние на поведение капли на электроде. Под воздействием импульса тока капля жидкого металла на конце электрода вытягивается вдоль оси электрода к ванне, но не отрывается. Отрыв капли от электрода происходит лишь после значительного увеличения ее диаметра вследствие значительного увеличения силы сварочного тока; напряжение сварки и длина дуги, так же, как и в первом диапазоне, сохраняются практически неизменными.

3-й Диапазон. Энергия импульсов еще больше, чем во втором, и достаточна для отрыва каждым импульсом одной капли электродного металла. Электродная проволока расплавляется главным образом во время пауз между импульсами. Во время наложения импульса электрод продолжает плавиться, и жидкий металл формируется в каплю, которая сбрасывается с электрода в ванну. Отрыв капли от электрода происходит во время окончания импульса или вскоре после него. Средняя скорость плавления электрода зависит от энергии импульсов и момента отрыва капли. При отрыве капли после окончания импульса, а также в конце импульса при малой величине импульса тока средняя скорость плавления электрода почти такая же, как и при сварке без импульсов. Напряжение и длина дуги изменяются незначительно, а сила сварочного тока повышается. При отрыве капли до окончания импульса тока при больших величинах импульсов тока этого диапазона скорость плавления электрода увеличивается. Длина дуги несколько увеличивается, напряжение возрастает, а сила сварочного тока уменьшается. Во всем диапазоне процесс отличается высокой стабильностью как при малой, так и при большой длине дуги. При увеличении скорости подачи проволоки для получения данного процесса требуются импульсы меньшей энергии, а при увеличении диаметра электрода — большей.

4-й Диапазон. Энергия импульсов настолько велика, что один импульс отрывает с электрода две капли и более. Электродная проволока особенно интенсивно расплавляется во время импульса, после отрыва первой капли. Скорость плавления электрода во время импульса больше скорости подачи, а во время пауз — меньше. В результате длина дуги периодически изменяется. Средняя скорость плавления электрода больше, чем при сварке без импульсов, а сила сварочного тока меньше. Процесс сварки обычно достаточно стабилен. При сварке на малых токах стабильность процесса можно повысить за счет питания от источников с падающими внешними характеристиками.

5-й Диапазон. Энергия импульсов велика, плавление электродной проволоки происходит, главным образом во время импульсов. За это время с электрода отрывается несколько капель, и длина дуги резко увеличивается. После воздействия нескольких импульсов дуга удлиняется и гаснет. Расположение границ диапазонов зависит от скорости подачи, состава и диаметра электродной проволоки.

Особенностями описанного процесса импульсно-дуговой сварки в Ar+C02 с непрерывным горением дуги являются:

• стабильное течение процесса сварки на малых токах в 2—2,5 раза меньше критического;
• возможность выполнения сварки во всех пространственных положениях проволокой диаметром до 2,5 мм;
• малое разбрызгивание и хорошее формирование шва.

Исходя из этого определены следующие основные области применения импульсно-дуговой сварки в Ar+C02: сварка сталей малой толщины (1—4 мм) во всех пространственных положениях; сварка металла средних и больших толщин в вертикальном и потолочном положениях; односторонняя сварка стыковых соединений с полным проваром корня шва (сварка корневых швов); сварка термоупрочненных металлов во всех пространственных положениях при необходимости минимального проплавления и разогрева изделия.

Импульсно-дуговая сварка в Ar+C02 с принудительными короткими замыканиями может быть получена при малой длине дуги, не превышающей двух диаметров электрода, и наложении на дугу импульсов тока с энергией, равной энергии импульсов 2-го диапазона. Поскольку процесс осуществляется на низких напряжениях с импульсами сравнительно малых энергий, то окисление металла и проплавление изделия меньше, чем при импульсно-дуговой сварке с непрерывным горением дуги.

Сварка в смеси аргона с гелием и кислородом

Добавка гелия к смеси аргона с кислородом обеспечивает:

• уменьшение размеров дуги, что позволяет получить процесс с частыми принудительными короткими замыканиями и возможность сварки вертикальных швов;
• повышение мощности дуги и, как следствие, скорости сварки;
• присутствие кислорода, приводящее к окислению водорода и позволяющее обеспечить высокую ударную вязкость металла шва на легированных сталях при низких температурах.

На практике применяют смеси с содержанием 69% аргона + 30% гелия + 1% кислорода. В данной смеси проводили сварку с короткими замыканиями, с импульсно-дуговым и струйным процессами. При этом отмечены высокая стабильность и малое разбрызгивание. Известно также применение смеси 90% гелия + 7,5% аргона + 5% кислорода для сварки нержавеющих и низколегированных сталей повышенной прочности.

Следует отметить, что при использовании смесей газов с гелием трудно обеспечить надежную защиту зоны сварки газом. Для этого необходимо почти в два раза увеличить расход газа и размеры газовых сопел.