Svařování v ochranném plynu: režimy, technologie, aplikace, GOST

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Technologie pro provádění svařovacích operací ve vztahu k kovovým obrobkům dnes umožňují dosáhnout vysoké úrovně organizace procesu z hlediska bezpečnosti, ergonomie a funkčnosti. Svědčí o tom rozšíření poloautomatických a robotických zařízení pro provádění hlavních technologických kroků při tepelném spojování dílů. Paralelně s tím rostou i požadavky na kvalitu švů. V tomto směru lze největšího úspěchu dosáhnout svařováním v ochranném plynu, který poskytuje možnost izolovat pracovní prostor od negativních vlivů atmosférického vzduchu.

Podstata technologie

Svařovací proces v prostředí ochranného plynu je derivátem kombinace několika metod tepelného působení na kovy s možností konstrukčního spojování obrobků. V první řadě je tato metoda založena na metodě obloukového svařování, která sama o sobě poskytuje optimální kontrolu nad elektrodami a povrchy cílových částí se strukturami. V tomto formátu může uživatel zabírat libovolné místopozice pomocí mobilních a kompaktních zařízení. To vše se týká organizační ergonomie pracovní akce a podstatu elektrochemických procesů svařování v ochranném plynu odhalují specifika prostředí, ve kterém se operace provádí. Pro začátek je nutné zdůraznit důležitost ochrany svarové lázně před negativními vlivy atmosférického vzduchu. Přímý kontakt taveniny sochoru s kyslíkem vede k tvorbě strusky na povrchu, oxidaci povlaku a nekontrolovanému legování kovové struktury. V souladu s tím, aby se takové účinky vyloučily, používají se speciální izolátory - povlaky, sypké materiály, jako je tavidlo a plyn, který se do pracovní oblasti zavádí speciálním zařízením. Poslední způsob ochrany určuje vlastnosti uvažovaného způsobu výroby svařování.

Všeobecná pravidla pro svařování podle GOST 14771-76

Podle specifikované GOST lze tuto metodu svařování použít k provádění jednostranných a oboustranných švů pomocí tupých, rohových, T a překrývajících se spojů. Pokud jde o hlavní parametry procesu, zahrnují následující:

• Tloušťka dílů – rozsah od 0,5 do 120 mm.
• Přípustná chyba při svařování dílů o tloušťce 12 mm - od 2 do 5 mm.
• Sklon povrchu švu je povolen pouze v případě, že je zajištěn hladký přechod z jednoho obrobku na druhý.
• Při svařování dílů s výrazným rozdílem v tloušťce se předběžně provede úkos ve směru od většího obrobku k malému.
• Konkávnost a konvexita koutových svarů podletolerance GOST 14771-76 by neměly být větší než 30 % ramene vytvářeného úhlu, ale zároveň by se měly vejít do 3 mm.
• Velikost přípustného odsazení hran před svařováním vůči sobě navzájem závisí na tloušťce dílů. Například v případě prvků do tloušťky 4 mm je toto číslo asi 0,8-1 mm, a pokud mluvíme o 100 mm polotovarech, pak se vzdálenost odsazení bude muset vejít do 6 mm.

Použité svařovací plyny

Z hlediska svařování se všechna plynná média dělí na inertní a aktivní. Protože hlavním úkolem plynné směsi je izolační funkce, nejcennější jsou média, která neovlivňují zpracovávaný kov. Takové směsi zahrnují inertní monoatomické látky jako helium a argon. Ačkoli v souladu s GOST musí být svařování v ochranných plynech prováděno v prostředí oxidu uhličitého a jsou povoleny i kombinace s kyslíkovými směsmi. Pokud jde o aktivní plyny, mohou působit na kov jak v roztaveném, tak v pevném stavu. Přítomnost plynů v molekulární struktuře kovu je obecně považována za nežádoucí, ale existují výjimky kvůli specifikům takových kombinací za různých podmínek.

Povaha vlivu prostředí plynu na kov

Okamžitě stojí za to zdůraznit negativní účinky plynu při obloukovém svařování na obrobky. Při ochlazování a silném zahřívání mohou plynné látky rozpuštěné v molekulární struktuře způsobit tvorbu pórů, které se logicky zmenšujípevnostní vlastnosti výrobku. Na druhé straně mohou být atomy vodíku a kyslíku užitečné v budoucích dopingových operacích. A to nemluvíme o užitečnosti aktivního ochranného plynu při svařování austenitických slitin a ocelí, které se při použití inertních izolačních směsí obtížně taví. V důsledku toho není pro technologa problém spíše ve výběru správné směsi plynů, ale ve vytvoření podmínek, které by mohly minimalizovat škodlivé účinky aktivního plynu na svarovou lázeň a zároveň zachovat pozitivní účinky rozpustnosti.

Technika procesu svařování

K obrobku a elektrodě je přiváděn zdroj elektrického proudu, který bude později použit k vytvoření a udržení svařovacího oblouku. Od okamžiku zapálení oblouku musí obsluha udržovat optimální vzdálenost mezi elektrodou a vytvořenou svarovou lázní s ohledem na teplotní indikátory a oblast pokrytou tepelnými účinky. Paralelně je do pracovní oblasti přiváděn plyn pomocí hořáku z připojeného válce. Kolem oblouku je vytvořena plynová izolace. Intenzita tvorby švu bude záviset na konfiguraci umístění okrajů a tloušťce výrobků. Podíl základního kovu ve struktuře svaru, který vzniká při svařování v ochranném plynu, je zpravidla 15-35%. Hloubka pracovní plochy v tomto případě může dosáhnout 7 mm a ukazatele její délky a šířky - od 10 do 30 mm.

Zařízení pro svařování plynem

Sada zařízení pro takové účelydruh operací závisí na režimech a formátu svařovací výroby. Technickou základnu přímo tvoří poloautomaty, závěsné svařovací hlavy, zdroje energie, usměrňovače a složité automatické moduly s držáky elektrod, které maximálně šetří obsluhu od provádění typických manipulací. Důraz je dnes kladen na mechanizované svařování v ochranném plynu, jehož infrastrukturu tvoří rovněž plynové vedení, hořáky, zařízení pro pohodlné umístění zařízení v různých polohách atd. Ve velkých průmyslových odvětvích jsou organizována speciální místa s potřebným souborem technických zařízení pro svařování. Naopak optimalizovaný formát pro provádění takových úkolů doma vyžaduje použití pouze kompaktního invertoru s měniči a plynové láhve se zařízením pro řízení průtoku.

Příslušenství

Dodatečné technické prostředky a zařízení zajišťují především komunikaci mezi hlavním zařízením a umožňují také řešení vedlejších úkolů, které přímo nesouvisejí se svařováním. Mezi tato zařízení patří:

• Infrastruktura plynových lahví, která zahrnuje spirály, redukce, ohřívače, kryt atd.
• Čisticí nástroj a separátory určené k odstranění spalin v pracovní oblasti. To platí zejména pro svařovací operace v ochranných plynech s netavitelnou elektrodou, jejíž tavenina není přímo zahrnuta ve struktuře výrobku. Jak během operace, tak po operaciMůže být vyžadováno broušení švů.
• Sušička. Odstraňuje a reguluje vlhkost obsaženou v oxidu uhličitém. Druh vysoušedla, které funguje při vysokém nebo nízkém tlaku.
• Filtrační zařízení. Čistí proudy plynu od nežádoucích pevných látek a také zajišťuje čistý svar.
• Měřicí zařízení. Obvykle se tlakoměry používají ke sledování indikátorů stejného tlaku a průtokoměrů plynu.

Svařovací režimy a jejich parametry

Přístupy k organizaci svařovacího procesu se v tomto případě liší podle několika kritérií, což nám nakonec umožňuje hovořit o přidělování různých režimů provozu. Metody se například liší podle principu technického provedení úkolu – ruční, poloautomatické a automatické. Při podrobnějším výpočtu svařovacích režimů v ochranných plynech se berou v úvahu následující parametry:

• Proud - rozsah od 30 do 550 A. Zpravidla většina typických operací vyžaduje připojení zdrojů 80-120 A.
• Tloušťka elektrody – od 4 do 12 mm.
• Napětí – 20 až 100 W v průměru.
• Rychlost svařování - od 30 do 60 m/h.
• Spotřeba směsi plynů - od 7 do 12 l/min.

Výběr konkrétních indikátorů do značné míry závisí na typu kovu, tloušťce obrobku, podmínkách operace a požadavcích na tvarovaný spoj.

Ruční svařování

Klíčovou roli v procesu hraje dovednost obsluhy a vlastnosti elektrody. Téměř všechny svářečkyudržuje proces pod svou kontrolou, orientuje oblouk vzhledem k pracovní ploše a sleduje parametry přívodu plynné směsi z válce. Z hlediska výkonu se do popředí dostane hustota a proudová síla a také délka svařovací dráhy. Při ručním svařování v ochranném plynu se nejčastěji provádí několik průchodů, zejména pokud se obrábí tlustý obrobek. V ostatních případech je zvýšení počtu průchodů spojeno s potřebou korigovat svar, změnit jeho délku a vlastnosti navařování.

Poloautomatické svařování

Toto je dnes nejoblíbenější způsob výroby svařování v ochranném prostředí. Hlavním rozdílem mezi touto metodou a ruční je přítomnost mechanizačních prvků s usměrňovači a možnost automatického podávání drátu ze speciální cívky. U poloautomatického svařování v ochranném plynu nemusí být obsluha přerušována kvůli výměně přídavných materiálů, ale technika interakce oblouku s povrchem obrobku je stále na uživateli. Obsluha sleduje proces tvorby svarového spoje, koriguje aktuální parametry, mění úhel sklonu atd.

Automatické svařování

Plně mechanizovaný svařovací proces, při kterém může uživatel pouze nepřímo ovlivňovat parametry dodávky přídavných materiálů, směsi plynů a práškového tavidla. Technicky provoz zajišťují multifunkční stanice a plošiny s robotickým vybavením. Na vysoce specializovaných moderních výrobních zařízeních pro automatické svařování v ochranném plynupoužívá se tzv. traktor, jehož konstrukce počítá se všemi potřebnými funkčními celky. Jedná se o mobilní stroj, který se během svařovacího procesu pohybuje po linii tvorby švu a zároveň navádí ochrannou směs do svařovací zóny. Povinnou součástí takových modulů je řídicí jednotka, která zpočátku obsahuje sadu algoritmů s akcemi pro každý výkonný orgán.

Závěr

Použití metod ochrany svarové lázně před kyslíkem umožňuje, pokud ne zcela odstranit, tak minimalizovat charakteristické vady při tvorbě svaru. To platí pro nedostatečnou penetraci, praskliny, popáleniny, prověšení a další vady, které se mohou objevit v důsledku kontaktu roztaveného povrchu obrobku s otevřeným vzduchem. Mezi výhody svařování v ochranných plynech oproti technice použití tavidla patří absence potřeby odstraňovat kal v pracovní oblasti. Zároveň jsou zachovány další pozitivní vlastnosti procesu, jako je možnost vizuálního pozorování kvality vzniklé směsi. Pokud mluvíme o nedostatcích metody, pak jejími negativními faktory jsou tepelné a světelné záření oblouku, což vyžaduje zajištění speciálních opatření pro individuální ochranu svářeče.