MIG-MAG сварки

ДУГОВАЯ СВАРКА С НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДАЧЕЙ ПРОВОЛОКИ В ГАЗОВОЙ ЗАЩИТНОЙ АТМОСФЕРЕ (G.M.A.W.) или БЕЗ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТНОЙ АТМОСФЕРЫ (ФЛЮС или САМОЗАЩИТНАЯ СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА).

 

A. ВВЕДЕНИЕ

Сварка с непрерывной подачей проволоки в защитной атмосфере часто обозначается сокращением M.I.G. (Metal Inert Gas) и M.A.G. (Metal Active Gas) или, в целом, сокращением G.M.A.W. (Gas Metal Arc Welding). Сварка с непрерывной подачей проволоки – это процесс, в котором тепло, необходимое для выполнения сварки, обеспечивается электрической дугой, которая образуется между свариваемой деталью и проволокой-электродом. В зону сварки постоянно подается материал припоя от проволоки-электрода, благодаря специальной горелке, которая направляет также поток газа или смеси газа, с целью защиты проволоки-электрода, расплава, дуги и прилегающих участков материала основы от атмосферного загрязнения. Наличие в сварочном контуре газового баллона (инертный газ, активный газ или смеси), совместно с использованием целиковой проволоки-электродов, свидетельствует о том, что данный процесс сварки ведется в газовой защитной атмосфере (M.I.G. или M.A.G.).

Отсутствие газового баллона в сварочном контуре, совместно с использованием порошковой проволоки-электродов, свидетельствует о том, что данный процесс сварки ведется без газовой защиты (САМОЗАЩИТНАЯ СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА, БЕЗ ГАЗА или ФЛЮС); в таком случае газовая защита достигается при помощи действия порошка, который является частью самой проволоки.


B. СВАРОЧНЫЙ КОНТУР

Сварочный контур состоит из следующих основных частей

1. генератор

2. горелка с пучком кабелей

3. устройство протягивания проволоки

4. узел водяного охлаждения

5. газовый баллон с регулировочной системой

6. зажим с кабелем массы

 

 

 

1. Генератор

Генератор – это устройство, чьей задачей является подача материала припоя в зону сварки, посредством использования специальной горелки, и поддержание горящей сварочную дугу, формирующуюся между свариваемой деталью и расплавляющей проволокой-электродом. В отличие от генераторов сварки M.M.A. и T.I.G., у которых имеется единственный регулировочный параметр (ток сварки), у генераторов M.I.G.-M.A.G. имеются два устройства регулирования, одно из которых регулирует интенсивность электрической дуги (напряжение сварки), а другое регулирует скорость подачи проволоки для сварки (ток сварки).

Генераторыделятсянадватипа:

a) генератор постоянного тока DC (direct current)
Генераторы постоянного тока являются самыми распространенными типами генераторов и отличаются повышенной устойчивостью; это связано с тем, что электрическая дуга получает постоянное напряжение и генерируется на проволоке, которая подается на постоянной скорости, что ведет к естественной стабилизации процесса.
Параметры напряжения и скорости проволоки могут выбираться с определенным допуском, с учетом характеристик процесса. Таким образом, можно достичь переноса капель от материала припоя на свариваемый материал, как при сварке методом погружения с короткой дугой short-arc, так и методом распыления spray-arc.

b) генераторы импульсного тока
В этом случае, величина, регулируемая генератором, - это не напряжение, а ток, который не является постоянным, а изменяется по цепочке импульсов (откуда он и получил название "импульсный"). Импульсы нужны для того, чтобы форсировать отсоединение капли материала припоя; в таком случае не происходит естественная стабилизация дуги, поэтому импульсы и скорость проволоки должны быть хорошо синхронизированы между собой, для получения хорошего качества сварки.
Как в первом, так и во втором случае, регулирование выполняется как минимум двумя ручками; недавние исследования в этой области позволили разработать и направить в продажу сварочные аппараты "синергического" типа, у которых оператор воздействует только на ручку управления.
Производитель вносит в память генератора оптимальные параметры сварки, которые может вызывать и/или исправлять, по желанию, оператор, в зависимости от требований выполняемой работы.

Разное соединение полюсов источника сварки к свариваемому материалу идентифицирует два способа работы:

i) постоянный ток с прямой полярностью
При прямой полярности, горелка соединяется с отрицательным полюсом,и свариваемый материал соединяется с положительным полюсом источника питания; этот тип соединения используется только для сварки порошковой проволокой (ФЛЮС).

ii) постоянный ток с обратной полярностью
Сварка таким способом может вестись, при соединении горелки с положительным полюсом источника и соединении свариваемой детали с отрицательным полюсом подающего оборудования; это наиболее часто используемое соединение

2. горелка с пучком кабелей

Горелка, позволяющая переносить металл припоя в зону сварки, имеет изолированный снаружи корпус, внутри которого проходят проволока-электрод, газ и ток.

Ручка горелки имеет кнопку управления, предназначенную для включения тока, выхода наружу газа и продвижения вперед проволоки-электрода. Пучок кабелей состоит из проводника тока, воды охлаждения, а также рукава направляющей проволоки.

В продаже имеются различные типы горелок или сварочных пистолетов. Охлаждаемые водой горелки используются в тех случаях, когда сила подаваемого тока такова, что приводит к образованию большого количества тепловой энергии; они используются для рабочих токов свыше 300 A или в случае работы с импульсным током. Самоохлаждающиеся горелки охлаждаются защитным газом и используются с рабочим током ниже 300 ; их применение очень распространено. Горелки с изогнутым корпусом также охлаждаются защитным газом и используются при низкой силе тока (перенос погружением короткая дуга - short-arc).

3. устройство протягивания проволоки
Устройство протягивания проволоки – это оборудование, приводимое в движение двигателем, в чью задачу входит проталкивание проволоки-электрода, сначала намотанной в бобину, по направлению к горелке и, следовательно, к зоне сварки. Выбор величины скорости движения вперед проволоки выполняется при помощи регулировочного органа двигателя; заданная скорость движения вперед проволоки определяет скорость плавления, и, следовательно, окончательное значение тока сварки. Определяющим элементом устройства протягивания проволоки является количество валков для движения вперед проволоки; оборудование с 4 валками позволяет обеспечить повышенную равномерность движения вперед проволоки,по сравнению с оборудованием с 2 валками.

4. узел водного охлаждения
Узел водного охлаждения используется для охлаждения горелки, если она охлаждается водой, когда высокие значения сварочного тока приводят к избыточному перегреву. При помощи насоса, узел обеспечивает постоянную циркуляцию воды в горелке и посредством системы охлаждения управляет защитой от перегрева.

 

5. газовый баллон с системой регулирования
Баллон содержит защитный газ, такой, как аргон, гелий, углекислый газ и их смеси, и оборудован манометром с редуктором давления, для обозначения количества газа внутри баллона, а также электроклапаном, управляемым кнопкой, находящейся на горелке, закрывающей или открывающей поток газа, в зависимости от начала или конца сварки.

6. зажим с кабелем массы 
Зажим с кабелем массы обеспечивает электрическое соединение между генератором тока и свариваемым материалом основы. Кабель должен иметь сечение и длину, зависящие от максимальной силы тока источника сварки. 

 


C. ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ

Защитные газы, используемые для методов сварки M.I.G.-M.A.G., относятся в основном к двум категориям: инертные и активные. К первой категории относятся аргон, гелий, и смеси аргона и гелия, а ко второй группе относятся активные газы, такие, как углекислый газ, смеси аргона с кислородом или углекислым газом.

Аргон (Ar) – это инертный газ, производимый методом фракционированной дистилляции атмосферы. Этот газ извлекается из воздуха и может содержать такие примеси, как кислород, азот или водяной пар; он подходит почти для всех методов сварки.
Использование данного газа в процессах M.A.G. позволяет получить хорошую стабильность дуги и легкий розжиг. С учетом его низкой теплопроводности, центральная часть колонны дуги поддерживается при высокой температуре, благодаря чему капли материала, проходящие в зоне дуги, остаются текучими.

Гелий (He) – это довольно редкий инертный газ, присутствующий в атмосфере в небольшом количестве и получаемый из недр: как следствие, он стоит гораздо больше, чем аргон.
Характеристики гелия, по сравнению с аргоном, выявили более низкую стабильность дуги, но большее проникновение; его использование обязательно в случае сварки больших толщин и на материалах с высокой теплопроводностью, таких, как, например, медь и алюминий.
Поскольку гелий, в отличие от аргона, менее тяжелый, чем воздух, и, следовательно, более летучий, требуется большее количество газа для обеспечения необходимой защиты зоны сварки.

Углекислый газ (CO2) – это активный газ, находящийся в воздухе и в недрах. Самая распространенная проблема, связанная с этим типом защиты, - это избыточное образование брызг и неустойчивая дуга; поддержание довольно короткой дуги с постоянной длиной позволяет получить хорошее управление дугой. При защите с CO2обычно достигается хорошее проникновение.

Активные смеси. Часто можно применять свойства отдельных газов, используя в качестве газовой защиты смесь этих газов: аргона-кислорода, аргона-кислорода-CO2, аргона-CO2.
Несмотря на то, что чистые инертные газы в состоянии выполнять свое защитное действие при любой температуре, добавление активных газов улучшает стабильность дуги и перенос металла проволоки-электрода в расплав. Это немешаетихзащитномудействию.


D. ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ

Проволоку можно подразделять на основе ее химического состава, а также в соответствии с морфологией ее сечения, которое может состоять только из металла (целиковаяпроволока) или иметь внутреннюю сердцевину из гранул (порошковая проволока).
Особое внимание следует уделять наличию на поверхности проволоки-электрода жиров или влаги, так как эти условия приводят к образованию трещин, пористости или раковин (свищей). Дополнительно, не равномерное наматывание в бобину проволоки-электрода может стать причиной не равномерной подачи проволоки-электрода, что ведет к нестабильной сварке. Обычно используются следующие диаметры: 0,6 - 0,8 - 0,9 - 1 - 1,2 - 1,6 мм.

Порошковая проволока, с защитой газом, не состоит из целикового металла, а заполнена внутри гранулированным порошком (флюсом); он имеет ту же функцию, что и электроды с покрытием.
Гранулированный порошок или флюс может быть рутиловым, щелочным или специального типа.
Порошковая проволока, по сравнению с целиковой проволокой, дает большую стабильность дуги и более глубокое проникновение, гарантируя лучший внешний вид сварочного шва, часто устраняя необходимость в последующей зачистке (например, шлифование брызг) и снижая опасность формирования таких дефектов, как пористость; естественно, что использование порошковой проволоки требует удаления шлаков, как и при сварке электродом M.M.A.
Обычно используются следующие диаметры: 0,6 - 0,8 - 0,9 - 1,2 - 1,6 мм.


E. МЕТАЛЛ ПРИПОЯ: СПОСОБ ПЕРЕНОСА

В процессах сварки M.I.G.-M.A.G. способ переноса металла припоя от проволоки-электрода (целиковой или порошковой) в расплав зависит, помимо электрических параметров сварки, также от диаметра проволоки, типа используемого генератора и типа газа. В соответствиисэтимипараметрамипереноскапельможетидти:

1. Переносом с погружением (short-arc, dip-transfer или короткое замыкание)
2. Переносом распылением (spray-arc)
3. Импульсным переносом или импульсной дугой (pulsed-arc)

1. перенос погружением (short-arc, dip-transfer или короткое замыкание)
Металл припоя переносится в расплав в форме капель, которые погружаются в сам расплав, создавая постоянные короткие замыкания.
Такой перенос короткой дугой short-arc отличается силой тока до 200 A, применением более тонкой целиковой проволоки диаметром от 0,6 мм до 1,2 мм, делая возможной сварку небольших толщин, а также сварку в любом положении. Процесс ведется с использованием генераторов, работающих на постоянном токе.

2. перенос распылением (spray-arc)
Этот метод предусматривает, что капли материала припоя не переносятся при контакте с расплавом, а под воздействием сильного тока, распыляются на сам расплав, создавая непрерывный приток материала.
Эта характеристика достигается с использованием генераторов постоянного тока, когда применяется сильный ток, свыше 200 A, и диаметр проволоки превышает 1 мм. Генерируется очень текучий расплав сварки, обеспечивается значительное проникновение, соответствующее сварке в горизонтальном положении, особенно на средних и больших толщинах.

3. импульсный перенос или импульсная дуга (pulsed-arc)
Этот процесс достигается только с использованием генераторов импульсного тока. Импульсы приводят к отсоединению капель небольшого размера, и позволяют получить характеристики распыленной дуги (spray arc) даже при низком токе. Температура, размеры расплава и проникновение очень сходны с процессом сварки с распылением spray-arc. Это процесс находит широкое применение с такими материалами, как алюминий или нержавеющая сталь, где процесс short arc не гарантирует достаточно качественную сварку.


F. СВАРКА ПРОЦЕССАМИ M.I.G.-M.A.G. РАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Мягкая, углеродистая сталь
Углеродистые стали свариваются с использованием постоянного тока с обратной полярностью (проволока-электрод соединены с положительным полюсом), используя только процесс сварки M.A.G. Используется чистый CO2 , смеси Ar-CO2с разным процентным содержанием (самое распространенное соотношение 80% Argon, 20% CO2).
Чем больше аргона присутствует в смеси, тем лучше характеристики и устойчивость дуги.
Характеристики такой сварки очень хорошие, особенно при короткой дуге short-arc, где достигается значительный расплав сварки, позволяющий ее использование в любом положении.
Применение проволоки с содержанием кремния и марганца позволяют устранять загрязнения, имеющиеся в материале основы и получать сварку высокого качества.
Необходимо готовить место соединения, снимая фаску на толщинах свыше 3 мм.

2. Нержавеющие стали
Нержавеющие стали свариваются при постоянном токе или при импульсном токе с обратной полярностью (проволока-электрод, соединенные с положительным полюсом), используя исключительно процесс сварки M.A.G. защитный газ должен состоять из смеси Ar + CO2или Ar + О. Процентное содержание аргона не должно быть ниже 98% в смеси, чтобы избежать сильного окисления хрома, имеющегося в материале основы. Необходимо снимать фаску у соединений с толщиной свыше 2,5 мм. Материал припоя должен быть особенно подходящим к качеству свариваемой нержавеющей стали.
Для выполнения хорошей сварки рекомендуется шлифование точек.

 

 

3. Алюминий и его сплавы
Алюминий и его сплавы свариваются при постоянном токе или при импульсном токе с обратной полярностью (проволока-электрод, соединенные с положительным полюсом), используя исключительно процесс сварки M.I.G.
В качестве защитного газа обычно используется чистый аргон. Также может применять гелий или смеси Ar + He.
Для сварки на плоской поверхности, независимо от толщины, используется техника spray-arc или/и pulsed-arc; техника short-arc применяется для сварки небольших толщин в вертикальном положении и под углом. С учетом характеристик алюминия рекомендуется, вместо шлифования, использовать фрезерование точек. 

4. Другие материалы
Процесс сварки M.I.G.-M.A.G. используется также на таких материалах, как никель и его сплавы, медь и ее сплавы; для этого применяется постоянный ток с обратной полярностью.
Что касается сварки меди с толщинами свыше 5 мм, рекомендуется применять процесс M.I.G., с учетом того, что сила тока должна регулироваться в соответствии с положением сварки и толщиной соединений.