Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой

Описано влияние параметров процесса сварки модифицированной короткой дугой плавящегося электрода в сравнении с обычной сваркой МАГ при выполнении углового шва между двумя листами вертикально сверху вниз. Определено, что процесс сварки МАГ модифицированной короткой дугой характеризуется приблизительн...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Ка, П., Мартикайнинен, Дж., Джерстром, П., Ууситало, Дж.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2009
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Производственный раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100823
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой / П. Ка, Дж. Мартикайнинен, П. Джерстром, Дж. Ууситало // Автоматическая сварка. — 2009. — № 5 (673). — С. 35-41. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-100823
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1008232016-05-28T03:01:51Z Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой Ка, П. Мартикайнинен, Дж. Джерстром, П. Ууситало, Дж. Производственный раздел Описано влияние параметров процесса сварки модифицированной короткой дугой плавящегося электрода в сравнении с обычной сваркой МАГ при выполнении углового шва между двумя листами вертикально сверху вниз. Определено, что процесс сварки МАГ модифицированной короткой дугой характеризуется приблизительно на 25 % меньшим тепловложением, чем обычный процесс сварки МАГ. Отмечено также, что скорость сварки модифицированной короткой дугой на 10 % выше, чем при обычной сварке МАГ. The effect of process parameters on the fit-up gaps in new modified short arc gas metal arc welding (GMAW) and the conventional short arc GMAW for steel plates is described. The modified short arc GMAW offered a number of advantages over the conventional short arc GMAW of fillet weld between two sheet plates in a corner joint in vertical downward welding direction. It was found that a higher welding speed and a smaller HAZ are reached using less energy with the modified short arc GMAW than with the conventional GMAW process. It was noticed that the modified short arc GMAW possesses approximately 25 % less heat input than the conventional GMAW, and modified short arc is 10 % faster than in conventional GMAW. 2009 Article Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой / П. Ка, Дж. Мартикайнинен, П. Джерстром, Дж. Ууситало // Автоматическая сварка. — 2009. — № 5 (673). — С. 35-41. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100823 621.791.75.01:537.523 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Ка, П. Мартикайнинен, Дж. Джерстром, П. Ууситало, Дж. Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой Автоматическая сварка
description	Описано влияние параметров процесса сварки модифицированной короткой дугой плавящегося электрода в сравнении с обычной сваркой МАГ при выполнении углового шва между двумя листами вертикально сверху вниз. Определено, что процесс сварки МАГ модифицированной короткой дугой характеризуется приблизительно на 25 % меньшим тепловложением, чем обычный процесс сварки МАГ. Отмечено также, что скорость сварки модифицированной короткой дугой на 10 % выше, чем при обычной сварке МАГ.
format	Article
author	Ка, П. Мартикайнинен, Дж. Джерстром, П. Ууситало, Дж.
author_facet	Ка, П. Мартикайнинен, Дж. Джерстром, П. Ууситало, Дж.
author_sort	Ка, П.
title	Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой
title_short	Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой
title_full	Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой
title_fullStr	Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой
title_full_unstemmed	Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой
title_sort	влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Производственный раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100823
citation_txt	Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой / П. Ка, Дж. Мартикайнинен, П. Джерстром, Дж. Ууситало // Автоматическая сварка. — 2009. — № 5 (673). — С. 35-41. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT kap vliânietočnostisborkinakačestvouglovyhsoedinenijprisvarkekorotkojdugoj AT martikajninendž vliânietočnostisborkinakačestvouglovyhsoedinenijprisvarkekorotkojdugoj AT džerstromp vliânietočnostisborkinakačestvouglovyhsoedinenijprisvarkekorotkojdugoj AT uusitalodž vliânietočnostisborkinakačestvouglovyhsoedinenijprisvarkekorotkojdugoj
first_indexed	2025-07-07T09:23:11Z
last_indexed	2025-07-07T09:23:11Z
_version_	1836979524552622080
fulltext	УДК 621.791.75.01:537.523 ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТИ СБОРКИ НА КАЧЕСТВО УГЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ КОРОТКОЙ ДУГОЙ П. КА, ДЖ. МАРТИКАЙНИНЕН (Технолог. ун-т, г. Лапперанта, Финляндия), П. ДЖЕРСТРОМ, ДЖ. УУСИТАЛО (Компания «Кэммпи», г. Лахти, Финляндия) Описано влияние параметров процесса сварки модифицированной короткой дугой плавящегося электрода в сравнении с обычной сваркой МАГ при выполнении углового шва между двумя листами вертикально сверху вниз. Определено, что процесс сварки МАГ модифицированной короткой дугой характеризуется приблизительно на 25 % меньшим тепловложением, чем обычный процесс сварки МАГ. Отмечено также, что скорость сварки модифицированной ко- роткой дугой на 10 % выше, чем при обычной сварке МАГ. К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка МАГ, модифицированная ду- га, обычная сварка МАГ, зазор в корне, листовые материа- лы, угол (наклона) горелки, вылет электрода, качество сое- динений Сварка МАГ широко используется в промышлен- ности благодаря таким преимуществам, как глу- бокое проплавление, гладкий валик, малое разб- рызгивание и высокая скорость сварки, которые могут быть реализованы с помощью специального оборудования, обеспечивающего характеристики шва, соответствующие определенным требовани- ям [1, 2]. Тем не менее, дефекты в шве могут быть обнаружены в результате неправильного по- ложения горелки, несоответствующего зазора в корне и установки листов [3]. Применяемые в настоящее время такие спо- собы дуговой сварки, как металлическим покры- тым электродом, ТИГ и обычной МАГ недоста- точно эффективны при сварке листов [2]. В на- стоящей работе показаны потенциальные преи- мущества нового процесса сварки МАГ модифи- цированной короткой дугой по сравнению с обыч- ной сваркой МАГ при сварке листов. Рассмотрен принцип процесса, а также результаты экспери- ментов, которые дают общее представление о раз- работке и реализации нового способа МАГ сварки модифицированной короткой дугой и обычной сварки этого типа для соединения листов в уг- ловом соединении при различных зазорах, полу- ченных при сборке. Экспериментальные исследования включали сварку листов заготовок размером 300 50 1,5 мм в угловом соединении за один проход при различных схемах манипулирования с воздушным зазором при использовании нового способа МАГ сварки модифицированной короткой дугой и обычной МАГ сварки. Применен инверторный ис- точник на токи до 500 А, устройство для подачи проволоки и устройство охлаждения. Процесс сварки был автоматическим, но его также можно было использовать в сочетании с перемещениями. В исследованиях использовали два основных материала — конструкционные и нержавеющие стали. Свариваемость для конструкционной стали оценивали по значению углеродного эквивалента (Cэкв) и критерия склонности к трещинообразо- ванию (UCS) для холодных и горячих трещин. Установлено, что конструкционные стали (табл. 1) не содержат холодных (Cэкв = 0,07) и горячих трещин (UCS = 9,8). Для нержавеющей стали наиболее приемлемым способом определе- ния влияния различных элементов на базовую структуру хромоникелевых нержавеющих сталей является использование диаграммы Шеффлера, показывающей ограничения по химическому сос- таву для структур аустенита, феррита и мартен- сита при комнатной температуре. При этом от- мечено, что швы на нержавеющей стали не со- держат горячих трещин. Кроме того, сварку вы- полняли при температуре окружающей среды и без подачи какого-либо дополнительного матери- ала в разделку [4]. Качество шва определяли по внешнему виду валика при различных зазорах в корне шва. С целью обеспечения товарного внешнего вида шва параметры процесса изменяли много раз, выбирая самые оптимальные. Проводили визуальные наб- людения за ЗТВ для различных процессов, а также расчет тепловложения. С целью наблюдения за влиянием параметров процесса на профиль проп- лавления при различных зазорах, полученных при сборке, сварные образцы разрезали, шлифовали, полировали и протравливали. Проведенные исследования основаны на пере- носе металла каплями с прерыванием дуги. Про- цесс сварки характеризуется периодом горения дуги, за ним следует период короткого замыкания, при котором происходит перенос металла. Эта фа- за может быть точно отрегулирована в зависи- мости от качества и диаметра используемой про- © П. Ка, Дж. Мартикайнинен, П. Джерстром, Дж. Ууситало, 2009 5/2009 35 волоки и защитного газа. Определенное сочетание параметров приводит к уменьшению разбрызги- вания и более стабильной дуге даже при сварке нержавеющих сталей. Методика проведения экспериментов. Сва- рочное оборудование. Применяли сварочное обо- рудование, обеспечивающее большое количество программ сварки, возможность использования различных присадочных проволок и комбинаций защитных газов. Оно включает источник постоян- ного тока, который может использоваться как для обычного процесса МАГ, так и для процесса свар- ки МАГ модифицированной короткой дугой. На рис. 1 [5] показаны типичные осциллограммы тока процесса сварки МАГ модифицированной корот- кой дугой и обычной сварки МАГ короткой дугой. При обычных процессах сварки МАГ короткой дугой отделение капли происходит при большом значении тока, которое зависит от управления напряжением. После этого ток медленно снижа- ется до окончания периода горения дуги и на- чинается следующий период короткого замыка- ния. В модифицированной короткой дуге перенос металла происходит при низком значении тока, что приводит к мягкому переходу к сварочной ванне. После перехода капли в сварочную ванну начинается второй этап повышения тока, который приводит к началу этапа горения дуги. После двух этапов нарастания тока модифицированной корот- кой дуги ток снижается до необходимого базового уровня. Использование установленного уровня ба- зового тока обеспечивает то, что следующая капля присадочного металла передается во время сле- дующего короткого замыкания. Точно управляе- мая дуга при процессе сварки МАГ модифици- рованной короткой дугой позволяет снизить раз- брызгивание на этапе отделения капли и снижает тепловложение на этапе горения дуги настолько, что оно становится сравнимым с обычным про- цессом сварки короткой дугой. При процессе МАГ сварки модифицированной короткой дугой ток и напряжение синхронизи- руются источником питания. Модифицированный процесс как процесс сварки МАГ попадает в ка- тегорию 131, 135, 136 или 137 по классификации стандарта EN ISO 4063. Весь цикл сварки длится приблизительно 5 мс, поэтому у источника пи- тания недостаточно времени для рассеяния энергии, и, таким образом, используется доста- точное количество энергии для расплавления ме- талла и создания непрерывного шва. Поскольку эта энергия подводится так быстро для расплав- ления металла, то очевидно, что скорость сварки при сварке модифицированной короткой дугой может быть повышена. Процесс МАГ модифицированной короткой дугой позволяет регулировать скорость подачи проволоки, уровень второго этапа нарастания тока (формирующий импульс (ФИ) и базовый ток). ФИ обеспечивает управление энергией, подаваемой в дугу, и в этой точке отделение капель не про- исходит, в то же время при обычном процессе импульсной сварки каждый импульс приводит к отделению капли. При ФИ сила дуги больше, чем при процессах с короткой дугой, поскольку она подталкивает капли к расплавленной ванне. После Т а б л и ц а 1. Химический состав свариваемых сталей, мас. %, и показатели свариваемости Сталь C Si Mn P S Al Конструкционная 0,04 0,010 0,17 0,007 0,011 0,039 Нержавеющая 0,05 0,42 1,58 0,031 0,003 — Окончание табл. 1 Сталь Cr Ni N Cэкв UCS Crэкв/Niэкв Конструкционная — — — 0,07 9,8 — Нержавеющая 18,2 8,1 0,059 — — 20,4/9,63 Рис. 1. Типичная осциллограмма тока процесса сварки МАГ модифицированной короткой дугой (1) и обычной сварки МАГ короткой дугой (2) при различных режимах горения дуги 36 5/2009 ФИ энергия дуги значительно снижается по сравнению с уровнем для короткой ду- ги в этот момент, и это облегчает более быстрое протекание модифицированного процесса в течение следующего периода короткого замыкания. В целом ФИ необ- ходим, поскольку отделение капли происходит при низких значениях тока. Основные и сварочные материалы. В табл. 1, 2 приведен химический состав основного металла нержавеющей и конструкционной стали и их механические свойства, полученные при растя- жении при комнатной температуре. В эксперимен- тах использовали электроды ЕN 440: G 3 Si1 (OK Autrod 12.50) и EN 12072: G 19 12 3 L Si (OK Autrod 16.32) соответственно для конструкцион- ных и нержавеющих сталей диаметром 1 мм, хи- мический состав которых соответствовал хими- ческому составу основного металла. Газ выбирали в зависимости от свариваемого металла. Защит- ные газы, использовавшиеся в ходе исследований, соответствовали требованиям стандарта EN 439 для сварки сталей. Защитный газ состава Ar + + 8 % CO2 + 0,03 % NO использовали для сварки конструкционного металла и Ar + 2 % CO2 + + 0,03 % NO — для сварки нержавеющих сталей. Расход защитного газа на всех этапах экспери- ментальных исследований составлял 15 л/ч. Параметры сварки. В исследованиях рассмат- ривали основные и вторичные регулируемые пе- ременные. Основными регулируемыми перемен- ными были скорость сварки, напряжение дуги, сварочный ток и ФИ. Вторичные регулируемые переменные сложнее точно измерить и контро- лировать. Они являются заданными величинами, обычно включаются в технологию сварки и опре- деляют расстояние от торца до изделия (вылет), положение электрода и угол наклона электрода или мундштука. Когда все переменные хорошо сбалансирова- ны, сварщик может контролировать процесс пере- носа расплавленного металла и получать высо- кокачественный металл шва. Результаты экспериментов и их обсуждение. Экспериментальные исследования проводили со стальными пластинами, которые обезжиривали и зачищали щеткой из нержавеющей стали, что га- рантирует минимальную и однородную толщину слоя оксида. Для выполнения клеммного соединения в ос- настке (рис. 2), включая задание параметров свар- ки, была необходима выработка методики. В на- чале один параметр изменяли, а другие сохраняли постоянными до тех пор, пока не было получено оптимальное влияние его в одной группе. Эту про- цедуру повторяли для различных параметров, по- ка не было получено высококачественное соеди- нение. Качество соединения определяли путем ос- мотра валика на наличие любых видимых дефек- тов, например, непровара. Зазор между плавящим- ся электродом и изделием поддерживали на уров- не приблизительно 1 мм в течение всего экспе- римента. Параметры шва определяли воздушным зазором и геометрией соединения. С л у ч а й 1 . Нулевой зазор в корне. При использовании обычного способа МАГ установ- лено, что вылет электрода (отрезок электрода, ко- торый выступает из горелки) равен 6…7 мм, го- релка перпендикулярна изделию и направлена по линии соединения (рис. 3, а). Угол наклона го- релки очень важен при сварке углового шва в угловых соединениях. При сварке углового шва сварочную горелку необходимо держать таким об- разом, чтобы она разрезала пополам угол между пластинами и была направлена перпендикулярно линии шва. При изменении параметров стало очевидно, что с помощью процесса сварки МАГ при ско- рости сварки 16 мм/с, скорости подачи 3,2 м/мин, напряжении 15,7 В, вылете электрода 6 мм, ин- дуктивности, равной нулю, и интенсивности сва- рочного тока 102 А можно получить шов очень хорошего качества (рис. 3, в). Когда параметры были неизменными, а положение электрода ме- нялось так, чтобы он был направлен на край кромки одной из пластин (рис. 3, б), качество шва было хорошее. Кроме того, следует отметить, что параметры, использованные для нулевого за- зора в корне, можно использовать и для воздуш- ных зазоров от 0,1 до 0,3 мм, что также позволяет получать швы хорошего качества. Если эти па- раметры не выбираются определенным образом, в шве появляются несплошности, включая непол- Т а б л и ц а 2. Механические свойства свариваемых сталей Сталь σ0,2, МПа σв, МПа НВ δ, % ψ, % Конструкционная 177 305 — 80 41 Нержавеющая 304 341 НВ 30 — 173 67 61 Рис. 2. Сборка металлических пластин перед процессом свар- ки: 1 — опора для листов; 2 — листы; 3 — угловое соеди- нение; 4 — прижим 5/2009 37 ное проплавление, подрезы, прожоги и неправиль- ную форму валика. При увеличении скорости сварки необходимо также повышать скорость подачи проволоки так, чтобы в шве образовалась достаточно большая сварочная ванна. При задании низкого индуктив- ного сопротивления сварка была относительно хо- лодной, что способствовало примерзанию элект- рода к сварочной ванне [4]. Новый способ сварки МАГ модифицирован- ной короткой дугой при нулевом зазоре в корне показал, что вылет электрода должен быть 13 мм, угол горелки 97° при наклоне вперед и должен быть перпендикулярным оси шва (рис. 4, а). При изменении параметров обнаружено, что шов хорошего качества можно получить на кон- струкционной стали (рис. 4, в) при скорости свар- ки 15 мм/с, скорости подачи проволоки 3,5 м/мин, напряжении 15 В, длине дуги 15 мм, токе сварки 95 А и ФИ, равном нулю. На нер- жавеющей стали хорошее качество соединения получено при скорости сварки 19 мм/с, скорости подачи 3,5 м/мин, напряжении 16 В, сварочном токе 101 А, длине дуги 20 мм, а ФИ можно под- держивать на уровне 0 или 20. Обычно при по- вышении тока напряжение дуги немного повы- шается. В то же время сохранение значений переменных и изменение положения электрода (направление на кромку одной из пластин (рис. 4, б)) не повлияло на качество шва. Параметры, которые использованы для нулевых зазоров в корне, также пригодны для корневых зазоров, равных 0,1…0,3 мм. Одним из важных параметров для получения стабильной дуги в новом модифицированном про- цессе сварки является вылет электрода. Установ- лено, что длина в пределах 12…14 мм на вылете электрода является оптимальной. Меньший вылет электрода приведет к горению дуги под изделием. В новом модифицированном процессе так же, как и при обычном процессе сварки МАГ, горелка подает сварочную проволоку для зажигания ос- новной дуги на изделии. Для обеспечения ста- бильного зажигания дуги плавящийся электрод должен находиться достаточно близко от изделия — на расстоянии менее 1 мм. Важным параметром при сварке новым процессом МАГ с модифици- рованной короткой дугой, определяющим пове- дение и стабильность дуги, является также угол между горелкой и изделием. Установлено, что на- иболее приемлемым является угол 95…105° в нап- равлении вертикально вниз. Исследования, вы- полненные для определения влияния ФИ, пока- зали, что при ФИ, равном нулю, шов выглядит намного лучше, чем при использовании отрица- тельного ФИ с нулевым зазором в корне. При отрицательной длине дуги и нулевом ФИ наб- людается незначительное влияние на качество шва. Когда длина дуги положительная, имеет мес- то негативное изменение качества шва. С л у ч а й 2 . Увеличение корневого зазора. Исследования, проведенные с помощью обычной сварки МАГ, показывают, что вылет должен быть равен 6 мм, угол наклона горелки перпендикуля- рен основному металлу, и она должна быть нап- равлена по линии соединения или кромке одной из пластин (рис. 5, а, б). В этом случае можно получить шов хорошего качества с увеличивающимся зазором в корне обычной сваркой МАГ, как показано на рис. 5, в, при скорости подачи 3,2 м/мин, скорости сварки Рис. 3. Выполнение обычной МАГ сваркой углового соеди- нения при нулевом корневом зазоре (а, б) и внешний вид соединения (в): а — горелка направлена по линии соедине- ния; б — то же по кромке одной из пластин Рис. 4. Выполнение модифицированной МАГ сваркой угло- вого соединения при нулевом зазоре в корне (а, б) и внешний вид соединения (в) Рис. 5. Выполнение обычной МАГ сварки по увеличивающе- муся зазору в корне (а, б) и внешний вид соединения (в) 38 5/2009 13 мм/с, напряжении 15,7 В, нулевом индуктив- ном сопротивлении в цепи и силе тока 103 А. При изменении положения электрода так, чтобы он был направлен на кромку одной из пластин (рис. 5, б) хорошее качество швов обеспечивалось при корневом зазоре 0,8 мм, а также можно было заполнить зазоры в корне, равные 0,9 мм, но с отрицательным влиянием на качество шва. Изменение направления шва на вертикальное, но снизу вверх при тех же параметрах вызывало отрицательное влияние на качество шва. Индуктивность оказывала незначительное вли- яние или вообще не влияла на сварочную ванну при сварке тонких пластин с небольшим зазором в корне, а отрицательная индуктивность обеспе- чивала некоторое положительное влияние на ка- чество формирования шва по сравнению с поло- жительной индуктивностью при увеличении кор- невого зазора [1]. При применении нового способа сварки МАГ модифицированной короткой дугой вылет элек- трода и угол наклона горелки поддерживали рав- ными соответственно 13 мм и 97°. Горелка была направлена либо по линии соединения, либо по кромке одной из пластин (рис. 6, а, б соответс- твенно). Когда плавящийся электрод направлен на ли- нию соединения (рис. 6, а), то получали шов хо- рошего качества при корневом зазоре до 8 мм, но когда вылет электрода был направлен на кром- ку одного из листов (рис. 6, б), получение ка- чественного шва, как на рис. 6, в с корневым зазором до 1,25 мм, было почти гарантировано при использовании следующих параметров: ско- рость сварки 13 мм/с, скорость подачи проволоки 3,7 м/мин, напряжение 16,5 В, длина дуги 15 мм, ток 104 А, и ФИ, равном 20. При ФИ, равном 20, дуга расходилась при горении, и это способ- ствовало увеличению сварочной ванны, что поз- волило заполнить зазор в соединении. Когда угол наклона горелки устанавливали в пределах 92…95° в направлении вертикально вниз от линии соединения изделия, а сварку проводили углом вперед или углом назад, то ка- чество сварного соединения снижа- лось по сравнению с тем, когда угол наклона горелки увеличивался от 97 до 100°. Хорошее качество шва достига- лось при корневом зазоре от 0,7 до 0,8 мм при скорости сварки 13 мм/с и скорости подачи 3,5 мм/мин, когда электрод был направлен на линию сплавления основного металла соеди- нения (рис. 6, а). При сохранении всех параметров неизменными и из- менении положения электрода таким образом, чтобы он был направлен на кромку одной из металлических пластин, резуль- таты в отношении качества шва были такими же, как и в том случае, когда электрод был направлен на линию соединения с корневым зазором от 0,7 до 0,8 мм. С л у ч а й 3 . Корневой зазор в средней части. При обычном способе сварки МАГ в этом случае вылет электрода также поддерживался рав- ным 6 мм, горелка была перпендикулярна изде- лию и направлена либо на линию соединения, либо на кромку одного из изделий (рис. 7, а, в соответственно). Когда расходуемый электрод направлен на ли- нию соединения, как показано на рис. 7, а, ис- пользовали следующие параметры: зазор в корне 0,8 мм, скорость сварки 13 мм/с, напряжение 15,7 В, ток 98 А и скорость подачи 3,3 м/мин, что при обычном процессе сварки МАГ привело к хорошему качеству шва (рис. 7, б). Когда рас- ходуемый электрод направлен на кромку одного из изделий (рис. 7, в), хорошее качество шва мож- но обеспечить (рис. 7, г) при корневом зазоре 1 мм, скорости сварки 13 мм/с, напряжении 15 В, токе 92 А и скорости подачи 3,0 м/мин. При увеличении скорости сварки до 18 или 20 мм/с хорошее качество шва можно получить при напряжении 19,7 или 20 В при корневом за- Рис. 6. Выполнение модифицированной МАГ сварки при увеличивающемся зазоре в корне (а, б) и внешний вид соеди- нения (в) Рис. 7. Выполнение обычной МАГ сварки при корневом зазоре в середине пластин (а, в) и внешний вид соединений (б, г) 5/2009 39 зоре соответственно 0,6 и 0,5 мм. Для получения хорошего внешнего вида шва индуктивность не- обходимо установить на нуль после повышения скорости сварки. Проведен также эксперимент с новым процес- сом сварки МАГ модифицированной короткой ду- гой при перпендикулярном размещении листов (рис. 8). Угол наклона горелки поддерживали рав- ным 97° в направлении вертикально вниз, вылет электрода — 13 мм, электрод направлен точно на линию соединения или кромку одной из плас- тин, как на рис. 8, а, б. Когда расходуемый электрод направлен точно на кромку верхней пластины, а пластины нахо- дятся приблизительно на расстоянии 0,7…1,1 мм друг от друга (рис. 8, б), качество соединения является хорошим по сравнению с тем, когда рас- ходуемый электрод направлен точно на линию соединения (рис. 8, а) с теми же параметрами: скорость сварки 15 мм/с, скорость подачи 3,7 м/мин, напряжение 15,6 В, длина дуги 15 мм, ток 101 А, а ФИ 20 при зазоре в корне 0,8 мм для конструкционной стали. При использовании того же оборудования для соединения нержаве- ющей стали установлено, что корневой зазор, рав- ный 1,35 мм, можно сварить, как показано на схе- ме на рис. 8, а при скорости сварки 17 мм/с, ско- рости подачи 3,8 м/мин и напряжении 15,7 В. Длина дуги и ФИ поддерживались равными 20, а ток 104 А. Это обусловлено способностью сва- рочной машины непрерывно анализировать изме- нения в дуге и сравнивать их с предварительно заданным значением. Когда параметры процесса сохранялись пос- тоянными, а расходуемый электрод направлен на линию соединения, как показано на рис. 8, а, мож- но сварить только корневой зазор, равный 1,0 мм на нержавеющей стали. Корневой зазор, равный 1,25 мм, можно было сварить по схеме, показан- ной на рис. 8 при сварке конструкционной стали, когда угол наклона горелки увеличивается приб- лизительно до 100°, а электрод направлен на кром- ку верхней пластины. При использовании нового процесса МАГ сварки модифицированной короткой дугой можно достичь очень высокой скорости сварки по срав- нению с обычной сваркой МАГ благодаря тому, что этот процесс позволяет контролировать и кор- ректировать время отделения капель металла ва- лика шва от проволоки в сварочной ванне [5]. Схема манипулирования корневым зазором иг- рает важную роль при заварке большего корне- вого прохода в угловом соединении, поскольку положение электрода относительно детали и плас- тин, установленных, как показано на рис. 8, поз- воляет заваривать большие зазоры в корне. Оценка рабочих характеристик сварного со- единения. Проведен визуальный осмотр и оценка внешнего вида сварного соединения для выявле- ния таких дефектов сварки, как несплавление, сви- щи и непровары. Образцы для оптической ме- таллографии были вырезаны поперек направления шва с последующей механической полировкой стандартными методами и травлением в 4 % ни- тале [6]. Макрошлифы, представленные в табл. 3, де- монстрируют изменения в сечении шва при раз- личных вариантах воздушных зазоров и для раз- личных типов стали толщиной 1,5 мм. Форма мак- рошлифов показала, что параметры процесса для обеспечения хорошего качества соединений выб- раны правильные. Форма валика также зависит от размещения изделий и положения горелки. Глубина и ширина расплавленной ванны очень важны для получения шва высокого качества. Оценка погонной энергии и тепловложения при сварке листового металла. При сварке МАГ на электрод подается достаточное количество мощности (энергии, передаваемой в единицу вре- мени). Тепловложение является важной характе- ристикой, поскольку влияет на скорость охлаж- дения сварочного соединения и соответственно на механические свойства и структуру шва и ме- талла ЗТВ. Другой фактор связан с легированием сварочной ванны, особенно, если химический сос- тав сварочной проволоки отличается от состава основного металла [5]. В ходе исследований скорость подачи прово- локи и скорость сварки поддерживали постоян- ными на заданном отрезке изделия. Тепловложе- ние Q определяли по формуле [4] Q = 60EI 1000v, где E — напряжение; I — сварочный ток; v — скорость сварки. При обычном процессе МАГ использовали следующие параметры: v = 13 мм/с = 780 мм/мин; E = 15,6 В; I = 113,5 А. Подставляя значения в формулу тепловложения, получаем Q = = 0,109 кДж/мм. Рис. 8. Выполнение модифицированной МАГ сварки при корневом зазоре в середине пластин (а, б) 40 5/2009 При использовании нового способа сварки МАГ модифицированной короткой дугой результат был следующим: при v = 13 мм/с = 780 мм/мин; E = = 14,9 В; I = 90 А, получаем Q = 0,082 кДж/мм. Не все тепло, выделенное в дуге, попадает в основной металл. Часть энергии теряется на из- лучение, а часть используется для плавления элек- трода. Потери составляют от 20 до 75 % [4]. Таким образом, новый процесс МАГ сварки модифицированной короткой дугой позволяет сваривать конструкционные и нержавеющие ста- ли в угловом соединении в положении вертикаль- но вниз; схема изменения корневого зазора и положе- ние вылета электрода существенно влияют на ка- чество соединения при корневых зазорах больше 0,5 мм; новый способ характеризуется умеренным теп- ловложением (0,082 кДж/мм), которое приблизи- тельно на 25 % ниже, чем при обычной сварке МАГ; при модифицированном способе МАГ можно выполнять сварку по большим корневым зазорам и при более высокой скорости сварки, причем вылет электрода составляет от 12 до 14 мм, угол наклона горелки — в пределах 95...105° по вер- тикали при сварке углом вперед; при направлении электрода на кромку одной из металлических пластин можно заваривать большие корневые зазоры с хорошим качеством по сравнению с тем, когда электрод устанавли- вают по линии соединения основного металла; низкая скорость подачи проволоки при новом способе приводит к ее обратному оплавлению, а высокая — к угасанию дуги при коротком за- мыкании; экспериментально установлена возможность выбора параметров процесса, обеспечивающего высокое качество металла швов; новая модифицированная технология сварки короткой дугой является альтернативой для всех автоматизированных или роботизированных про- цессов сварки МАГ при соединении тонких лис- тов. 1. Kah P. C., Martikainen J. Welding of sheet metal using mo- dified short arc MIG/MAG welding process (FastROOT) // Proc. of 3rd Intern. conf. on total welding management in in- dustrial application, Lappeenranta, Finland, 2007. 2. Uusitalo J. Modified short arc process — A new way of wel- ding root passes // Ibid. 3. Murugan Vel V., Gunaraj V. Effect of process parameters on angular distortion of gas metal arc welded structural steel plates // Welding J. — 2005. — № 11. — P. 165–171. 4. Howard B. C. Modern welding technology // American Wel- ding Society. — 2002. — P. 123, 134, 135, 142, 151, 193. 5. Uusitalo J. The WiseRoot welding process for root passes welding // Symp. on Joining of Materials, SOJOM 2008. — P. 109–117. 6. EN 10112-1. Welding recommendation for welding of me- tallic materials. — 2001. The influence of parameters of vertical downward consumable electrode welding by a modified short arc compared to regular MAG welding when joining two sheets by a fillet weld, is described. It is established that the process of MAG welding by a modified short arc is characterized by an approximately 25 % lower heat input than the regular MAG welding. It was also noted that the speed of welding by a modified short arc is 10 % higher than that at regular MAG welding. Поступила в редакцию 10.02.2009 5/2009 41

Влияние точности сборки на качество угловых соединений при сварке короткой дугой

Репозитарії

Схожі ресурси