Zváranie v ochrannom plyne: režimy, technológia, aplikácia, GOST

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Technológie na realizáciu zváracích operácií vo vzťahu k kovovým obrobkom dnes umožňujú dosiahnuť vysokú úroveň organizácie procesu z hľadiska bezpečnosti, ergonómie a funkčnosti. Svedčí o tom rozšírenie poloautomatických a robotických zariadení na vykonávanie hlavných technologických krokov pri tepelnom spájaní dielov. Paralelne s tým rastú aj požiadavky na kvalitu švíkov. V tomto smere možno najväčší úspech dosiahnuť zváraním v ochrannom plyne, ktorý poskytuje možnosť izolácie pracovného priestoru od negatívnych vplyvov atmosférického vzduchu.

Podstata technológie

Proces zvárania v prostredí ochranného plynu je derivátom kombinácie viacerých spôsobov tepelného pôsobenia na kovy s možnosťou konštrukčného spojenia obrobkov. V prvom rade je táto metóda založená na metóde oblúkového zvárania, ktorá sama o sebe poskytuje optimálnu kontrolu nad elektródami a povrchmi cieľových častí so štruktúrami. V tomto formáte môže užívateľ obsadiť ľubovoľné miestopozície pomocou mobilných a kompaktných zariadení. To všetko sa týka organizačnej ergonómie pracovnej akcie a podstatu elektrochemických procesov zvárania v ochrannom plyne prezrádzajú špecifiká prostredia, v ktorom sa operácia vykonáva. Na začiatok je potrebné zdôrazniť dôležitosť ochrany zvarového kúpeľa pred negatívnymi vplyvmi atmosférického vzduchu. Priamy kontakt taveniny predvalkov s kyslíkom vedie k tvorbe trosky na povrchu, oxidácii povlaku a nekontrolovanému legovaniu kovovej štruktúry. Na vylúčenie takýchto účinkov sa preto používajú špeciálne izolátory - nátery, sypké materiály ako tavivo a plyn, ktoré sa do pracovného priestoru zavádzajú pomocou špeciálneho vybavenia. Posledný spôsob ochrany určuje vlastnosti uvažovaného spôsobu výroby zvárania.

Všeobecné pravidlá pre zváranie podľa GOST 14771-76

Podľa špecifikovanej GOST môže byť táto metóda zvárania použitá na vykonávanie jednostranných a obojstranných švíkov pomocou tupých, rohových, T-kusov a prekrývajúcich sa spojov. Pokiaľ ide o hlavné parametre procesu, zahŕňajú tieto:

• Hrúbka dielov – rozsah od 0,5 do 120 mm.
• Prípustná chyba pri zváraní dielov s hrúbkou 12 mm - od 2 do 5 mm.
• Sklon povrchu spoja je povolený len vtedy, ak je zabezpečený hladký prechod z jedného obrobku na druhý.
• Pri zváraní dielov s výrazným rozdielom v hrúbke sa predbežne vykoná skosenie v smere od väčšieho obrobku k menšiemu.
• Konkávnosť a konvexnosť kútových zvarov podľatolerancie GOST 14771-76 by nemali byť väčšie ako 30% ramena vytvoreného uhla, ale zároveň by sa mali zmestiť do 3 mm.
• Veľkosť prípustného odsadenia hrán pred zváraním vo vzťahu k sebe závisí od hrúbky dielov. Napríklad v prípade prvkov s hrúbkou do 4 mm je toto číslo približne 0,8 až 1 mm, a ak hovoríme o polotovaroch s hrúbkou 100 mm, vzdialenosť odsadenia sa bude musieť zmestiť do 6 mm.

Použité zváracie plyny

Z pohľadu zvárania sa všetky plynné médiá delia na inertné a aktívne. Keďže hlavnou úlohou zmesi plynov je izolačná funkcia, najcennejšie sú médiá, ktoré neovplyvňujú spracovávaný kov. Takéto zmesi zahŕňajú inertné monatomické látky ako hélium a argón. Aj keď v súlade s GOST sa zváranie v ochranných plynoch musí vykonávať v prostredí oxidu uhličitého a sú povolené aj kombinácie s kyslíkovými zmesami. Pokiaľ ide o aktívne plyny, môžu ovplyvňovať kov v roztavenom aj v pevnom stave. Prítomnosť plynov v molekulárnej štruktúre kovu sa vo všeobecnosti považuje za nežiaducu, existujú však výnimky vzhľadom na špecifiká takýchto kombinácií za rôznych podmienok.

Povaha vplyvu prostredia plynu na kov

Ihneď stojí za to zdôrazniť negatívne účinky plynu pri oblúkovom zváraní na obrobky. Pri ochladzovaní a silnom zahrievaní môžu plynné látky rozpustené v molekulárnej štruktúre spôsobiť tvorbu pórov, ktoré sa logicky zmenšujúpevnostné vlastnosti výrobku. Na druhej strane, atómy vodíka a kyslíka môžu byť užitočné pri budúcich dopingových operáciách. A to nehovoríme o užitočnosti aktívneho ochranného plynu pri zváraní austenitických zliatin a ocelí, ktoré sa pri použití inertných izolačných zmesí ťažko tavia. V dôsledku toho nie je pre technológov problém skôr vo výbere správnej zmesi plynov, ale vo vytvorení podmienok, ktoré by mohli minimalizovať škodlivé účinky aktívneho plynu na zvarový kúpeľ a zároveň zachovať pozitívne účinky rozpustnosti.

Technika procesu zvárania

K obrobku a elektróde sa privádza zdroj elektrického prúdu, ktorý sa neskôr použije na vytvorenie a udržiavanie zváracieho oblúka. Od okamihu zapálenia oblúka musí operátor udržiavať optimálnu vzdialenosť medzi elektródou a vytvoreným zvarovým kúpeľom, berúc do úvahy teplotné indikátory a oblasť pokrytú tepelnými účinkami. Paralelne sa plyn dodáva do pracovnej oblasti pomocou horáka z pripojeného valca. Okolo oblúka je vytvorená plynová izolácia. Intenzita tvorby švu bude závisieť od konfigurácie umiestnenia okrajov a hrúbky výrobkov. Podiel základného kovu v štruktúre zvaru, ktorý vzniká pri zváraní v ochrannom plyne, je spravidla 15 – 35 %. Hĺbka pracovnej plochy môže v tomto prípade dosiahnuť 7 mm a ukazovatele jej dĺžky a šírky - od 10 do 30 mm.

Zariadenia na zváranie plynom

Súprava zariadení na tento účeldruh operácií závisí od režimov a formátu zváracej výroby. Technickú základňu priamo tvoria poloautomaty, závesné zváracie hlavy, zdroje energie, usmerňovače a zložité automatické moduly s držiakmi elektród, ktoré maximálne šetria obsluhu pri vykonávaní typických manipulácií. Dôraz sa dnes kladie na mechanizované zváranie v ochrannom plyne, ktorého infraštruktúru tvorí aj plynové vedenie, horáky, zariadenia na pohodlné umiestnenie zariadení v rôznych polohách atď. Vo veľkých priemyselných odvetviach sa organizujú špeciálne pracovné miesta s potrebným súborom technických zariadenia na zváranie. Naopak, optimalizovaný formát na vykonávanie takýchto úloh doma vyžaduje použitie iba kompaktného meniča s konvertormi a plynovej fľaše so zariadením na reguláciu prietoku.

Príslušenstvo

Doplnkové technické prostriedky a zariadenia zabezpečujú najmä komunikáciu medzi hlavným zariadením a umožňujú riešiť aj vedľajšie úlohy, ktoré priamo nesúvisia so zváraním. Tieto zariadenia zahŕňajú:

• Infraštruktúra plynových fliaš, ktorá zahŕňa cievky, redukcie, ohrievače, kryt atď.
• Čistiaci nástroj a separátory určené na odstraňovanie produktov spaľovania v pracovnej oblasti. To platí najmä pre zváracie operácie v ochranných plynoch s netaviteľnou elektródou, ktorej tavenina nie je priamo zahrnutá v štruktúre produktu. Počas operácie aj po nejMôže byť potrebné prebrúsenie švov.
• Sušička. Odstraňuje a reguluje vlhkosť obsiahnutú v oxide uhličitom. Druh vysúšadla, ktoré funguje pri vysokom alebo nízkom tlaku.
• Filtračné zariadenia. Čistí prúdy plynu od nežiaducich pevných látok a zároveň zaisťuje čistý zvar.
• Meracie zariadenia. Tlakomery sa zvyčajne používajú na sledovanie indikátorov rovnakého tlaku a prietokomerov plynu.

Režimy zvárania a ich parametre

Prístupy k organizácii zváracieho procesu sa v tomto prípade líšia podľa niekoľkých kritérií, čo nám v konečnom dôsledku umožňuje hovoriť o prideľovaní rôznych režimov prevádzky. Napríklad metódy sa líšia podľa princípu technického vykonania úlohy - manuálne, poloautomatické a automatické. Pri podrobnejšom výpočte zváracích režimov v ochranných plynoch sa berú do úvahy tieto parametre:

• Prúd - rozsah od 30 do 550 A. Spravidla väčšina typických operácií vyžaduje pripojenie zdrojov 80-120 A.
• Hrúbka elektródy – od 4 do 12 mm.
• Napätie – 20 až 100 W v priemere.
• Rýchlosť zvárania – od 30 do 60 m/h.
• Spotreba zmesi plynov - od 7 do 12 l/min.

Výber konkrétnych indikátorov do značnej miery závisí od typu kovu, hrúbky obrobku, podmienok prevádzky a požiadaviek na tvarovaný spoj.

Ručné zváranie

Kľúčovú úlohu v tomto procese zohráva zručnosť operátora a vlastnosti elektródy. Takmer všetky zváračkyudržuje proces pod svojou kontrolou, orientuje oblúk vzhľadom na pracovný povrch a monitoruje parametre prívodu plynnej zmesi z valca. Z hľadiska výkonu sa dostane do popredia hustota a prúdová sila, ako aj dĺžka zváracej dráhy. Pri ručnom zváraní v ochrannom plyne sa najčastejšie vykonáva niekoľko prechodov, najmä ak sa obrába hrubý obrobok. V iných prípadoch je zvýšenie počtu prechodov spojené s potrebou opraviť zvar, zmeniť jeho dĺžku a vlastnosti navárania.

Poloautomatické zváranie

V súčasnosti je to najpopulárnejší spôsob výroby zvárania v ochrannom prostredí. Hlavným rozdielom medzi touto metódou a manuálnou metódou je prítomnosť mechanizačných prvkov s usmerňovačmi a možnosť automatického podávania drôtu zo špeciálnej cievky. Pri poloautomatickom zváraní v ochrannom plyne nie je potrebné prerušovať obsluhu kvôli výmene prídavných materiálov, ale technika interakcie oblúka s povrchom obrobku je stále na užívateľovi. Operátor sleduje proces vytvárania zvarového spoja, koriguje aktuálne parametre, mení uhol sklonu atď.

Automatické zváranie

Plne mechanizovaný proces zvárania, pri ktorom môže užívateľ len nepriamo ovplyvňovať parametre dodávky prídavných materiálov, zmesi plynov a práškového taviva. Technicky prevádzku zabezpečujú multifunkčné stanice a plošiny s robotickým vybavením. Na vysoko špecializovaných moderných výrobných zariadeniach pre automatické zváranie v ochrannom plynepoužíva sa takzvaný traktor, ktorého konštrukcia zabezpečuje všetky potrebné funkčné jednotky. Ide o mobilný stroj, ktorý sa počas procesu zvárania pohybuje pozdĺž línie tvorby zvaru a súčasne vedie ochrannú zmes do zóny zvárania. Povinnou súčasťou takýchto modulov je riadiaca jednotka, ktorá na začiatku obsahuje sadu algoritmov s akciami pre každý výkonný orgán.

Záver

Použitie metód na ochranu zvarového kúpeľa pred kyslíkom umožňuje, ak nie úplne odstrániť, tak minimalizovať charakteristické chyby pri tvorbe zvaru. Týka sa to nedostatočnej penetrácie, prasklín, popálenín, priehybov a iných chýb, ktoré sa môžu vyskytnúť v dôsledku kontaktu roztaveného povrchu obrobku s otvoreným vzduchom. Medzi výhody zvárania v ochranných plynoch oproti technike použitia taviva patrí absencia potreby odstraňovania kalu v pracovnej oblasti. Zároveň sú zachované ďalšie pozitívne vlastnosti procesu, ako je možnosť vizuálneho pozorovania kvality vytvorenej zlúčeniny. Ak hovoríme o nedostatkoch metódy, tak jej negatívnymi faktormi sú tepelné a svetelné žiarenie oblúka, čo si vyžaduje zabezpečenie špeciálnych opatrení na individuálnu ochranu zvárača.