Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Полуавтоматическая дуговая сварка плавящимся электродом в защитном газе обозначается аббревиатурой MIG/MAG, где MIG расшифровывается как Metal Inert Gas (сварка металлическим электродом в инертном газе), а MAG – Metal Active Gas (сварка металлическим электродом в активном газе). Согласно международной классификации данный процесс обозначается как GMAW (Gas Metal Arc Welding).
Процесс представляет собой дуговую сварку, при которой электрическая дуга горит между свариваемым изделием и непрерывно подаваемой плавящейся электродной проволокой. Теплота дуги расплавляет кромки свариваемых деталей и электродную проволоку, образуя сварочную ванну. Защита зоны сварки, сварочной ванны и кристаллизующегося шва от воздействия атмосферного воздуха обеспечивается защитным газом, подаваемым через сопло горелки.
Основные преимущества метода MIG/MAG включают высокую производительность по сравнению с ручной дуговой сваркой (в 3-5 раз), возможность сварки во всех пространственных положениях, отсутствие необходимости удаления шлаковой корки (при сварке в среде газов), низкий уровень водорода в наплавленном металле, возможность сварки тонколистовых конструкций толщиной от 0,5 мм и простоту автоматизации процесса.
ГОСТ 14771-76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры» является основным нормативным документом, регламентирующим выполнение сварных соединений из сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах при дуговой сварке в защитном газе. Стандарт введен в действие с 01.07.1977 года, ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта от 18.06.1992 года.
В стандарте приняты следующие обозначения способов сварки:
Стандарт устанавливает основные типы сварных соединений (стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные), их конструктивные элементы и размеры с предельными отклонениями. Конструктивные элементы определяют форму разделки кромок, величину зазора, притупления, угол скоса кромок и другие геометрические параметры сварных соединений.
Выбор защитного газа является критическим фактором, определяющим качество сварного соединения, стабильность процесса и производительность сварки. Защитные газы подразделяются на инертные и активные в зависимости от их взаимодействия с расплавленным металлом сварочной ванны.
Инертные газы не вступают в химические реакции с расплавленным металлом и обеспечивают чистую защиту сварочной зоны от атмосферного воздуха.
Аргон – благородный инертный газ без цвета и запаха, неядовитый. Плотность аргона в 1,38 раза выше плотности воздуха, что обеспечивает эффективное вытеснение воздуха из зоны сварки. Аргон применяется при сварке алюминия, магниевых сплавов, титана, меди, никелевых сплавов и высоколегированных сталей. Обеспечивает стабильное горение дуги, минимальное разбрызгивание и высокое качество формирования шва.
Гелий – инертный газ, значительно легче воздуха (плотность в 7 раз ниже плотности воздуха). За счет более высокой теплопроводности по сравнению с аргоном обеспечивает большую глубину проплавления и более широкий профиль сварного шва. Применяется для сварки толстых сечений цветных металлов. Ввиду высокой стоимости гелий чаще используется в смесях с аргоном.
Активные газы химически взаимодействуют с расплавленным металлом, влияя на его химический состав, металлургические процессы и свойства сварного соединения.
Углекислый газ (двуокись углерода) – бесцветный, негорючий, неядовитый газ, растворимый в воде. При нормальных условиях плотность CO₂ в 1,5 раза превышает плотность воздуха. Углекислый газ является наиболее распространенным и экономичным защитным газом для сварки углеродистых и низколегированных сталей. При высоких температурах сварочной дуги CO₂ диссоциирует на CO и O, что приводит к окислительным процессам в сварочной ванне. Для компенсации выгорания легирующих элементов применяют сварочные проволоки с повышенным содержанием раскислителей (марганца, кремния).
Применение газовых смесей позволяет объединить преимущества различных газов и оптимизировать процесс сварки для конкретных условий.
ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная. Технические условия» регламентирует требования к холоднотянутой сварочной проволоке из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной стали, применяемой для сварки и наплавки, а также для изготовления электродов. Стандарт введен в действие постановлением Госстандарта от 23.06.1970 года, ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта от 30.10.1991 года.
Стандарт определяет более 70 марок сварочной проволоки, различающихся химическим составом. Марка проволоки обозначается буквенно-цифровым кодом, где буквы указывают на легирующие элементы, а цифры – на их среднее содержание в процентах.
Диаметр сварочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, пространственного положения сварки и требуемой производительности процесса.
Характер переноса электродного металла в сварочную ванну оказывает существенное влияние на стабильность процесса, качество сварного соединения и возможность сварки в различных пространственных положениях. Форма переноса металла определяется параметрами режима сварки (силой тока, напряжением дуги), диаметром электродной проволоки, составом защитного газа и полярностью тока.
Процесс сварки с периодическими короткими замыканиями характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5-1,6 мм при короткой дуге с напряжением 15-22 В и силе тока до 200 А. Частота коротких замыканий составляет 20-200 раз в секунду.
После очередного короткого замыкания силой поверхностного натяжения расплавленный металл на торце электрода стягивается в каплю. Длина и напряжение дуги становятся максимальными. Торец электрода с каплей приближается к сварочной ванне (длина дуги и напряжение уменьшаются) до момента короткого замыкания. При коротком замыкании резко возрастает сварочный ток, увеличивается сжимающее действие электромагнитных сил, которые разрывают перемычку жидкого металла между электродом и изделием. Дуга восстанавливается, и цикл повторяется.
Преимущества: низкое тепловложение, возможность сварки во всех пространственных положениях, возможность сварки тонколистовых конструкций, малый объем сварочной ванны.
Недостатки: повышенное разбрызгивание металла (до 7% при оптимальных параметрах), нестабильность процесса при неправильно выбранных параметрах, возможность непроваров при сварке толстых сечений.
Крупнокапельный перенос наблюдается при повышении плотности сварочного тока и длины дуги (напряжения 22-28 В). Электродный металл переносится в сварочную ванну нерегулярно, отдельными крупными каплями различного размера диаметром, превышающим диаметр электродной проволоки.
Характеристики: нестабильный процесс с интенсивным разбрызгиванием (до 15%), затруднена сварка в потолочном положении, неравномерное формирование сварочной ванны.
Применение: переходный режим между переносом с короткими замыканиями и струйным переносом, обычно избегается при практической сварке.
При достижении критической плотности тока (критический ток зависит от материала и диаметра проволоки, состава защитного газа) наблюдается переход к струйному переносу металла. Процесс характеризуется направленным осевым переносом мелких капель металла диаметром значительно меньше диаметра электрода с высокой частотой.
Преимущества: высокая стабильность дуги без колебаний тока и напряжения, минимальное разбрызгивание, высокая производительность, глубокое проплавление, качественное формирование шва.
Недостатки: высокое тепловложение, большой объем сварочной ванны, ограниченная возможность сварки в пространственных положениях (преимущественно нижнее положение), требует использования проволоки большего диаметра и высоких токов.
Влияние защитного газа: Струйный перенос легко реализуется в среде аргона и его смесей. В чистом углекислом газе струйный перенос не достигается из-за его окислительных свойств даже при высоких плотностях тока.
Импульсно-дуговая сварка представляет собой модификацию процесса MIG/MAG, при которой ток периодически изменяется от базового (фонового) уровня до импульсного. Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. Импульс тока обеспечивает формирование и перенос капли электродного металла.
Оптимальным является режим, при котором за каждый импульс тока формируется и переносится одна капля электродного металла. Такой контролируемый перенос обеспечивается современными инверторными источниками питания с синергетическим управлением.
Преимущества импульсного режима:
Правильный выбор и настройка параметров режима сварки обеспечивают стабильность процесса, требуемое качество сварного соединения и оптимальную производительность. Параметры режима подразделяются на основные (устанавливаемые перед сваркой) и дополнительные (регулируемые сварщиком в процессе сварки).
Сварочный ток является главным параметром, определяющим производительность процесса и глубину проплавления. При полуавтоматической сварке ток регулируется изменением скорости подачи электродной проволоки. С увеличением скорости подачи возрастает сварочный ток до установления равновесия между скоростью подачи и скоростью плавления проволоки.
Для ориентировочного расчета сварочного тока используется формула:
I = k × d²
где:
Пример: Для проволоки диаметром 1,2 мм при переносе с короткими замыканиями: I = 60 × 1,2² = 86,4 А
Напряжение дуги определяет длину дугового промежутка и влияет на форму проплавления, ширину шва и стабильность процесса. При постоянной скорости подачи проволоки напряжение устанавливается автоматически в зависимости от вольт-амперной характеристики источника питания.
Скорость подачи проволоки непосредственно определяет сварочный ток при постоянном напряжении дуги. Современные полуавтоматы оснащены регулятором скорости подачи проволоки, градуированным в м/мин или м/ч.
При сварке MIG/MAG применяется постоянный ток обратной полярности (плюс на электроде, минус на изделии). Обратная полярность обеспечивает стабильное горение дуги, оптимальное проплавление основного металла, эффективное плавление электродной проволоки и минимальное разбрызгивание.
Скорость перемещения горелки вдоль свариваемого шва выбирается сварщиком в зависимости от толщины металла, требуемого качества и размеров шва. При оптимальной скорости обеспечивается полное проплавление кромок при равномерном формировании шва.
Вылет электрода (свободный конец проволоки) – расстояние от торца контактного наконечника до конца электродной проволоки. Оптимальный вылет составляет 8-15 мм для проволоки диаметром до 1,2 мм и 12-20 мм для проволоки большего диаметра. Увеличенный вылет приводит к дополнительному нагреву проволоки проходящим током, что может нарушить стабильность процесса.
Расход защитного газа выбирается в зависимости от силы тока, диаметра сопла горелки и условий сварки. Типичный расход составляет 8-15 л/мин для аргона и аргоновых смесей, 10-20 л/мин для углекислого газа. При сварке на открытом воздухе расход следует увеличить на 20-30%.
Современные инверторные источники питания оснащаются системами синергетического управления, при которых все параметры режима автоматически согласуются между собой на основе заданных условий сварки (тип материала, толщина, диаметр проволоки, защитный газ). Сварщику достаточно установить один параметр (обычно скорость подачи проволоки или толщину металла), а микропроцессор автоматически устанавливает остальные параметры и поддерживает их оптимальное соотношение в процессе сварки.
Полуавтоматическая сварка MIG/MAG нашла широкое применение в различных отраслях промышленности благодаря своей универсальности, высокой производительности и возможности получения качественных сварных соединений.
В машиностроении метод MIG/MAG применяется для изготовления узлов и деталей машин, станков, технологического оборудования. В автомобилестроении – для сварки кузовных элементов, рам, компонентов шасси. Высокая скорость сварки и возможность автоматизации процесса обеспечивают требуемую производительность конвейерного производства.
Изготовление строительных металлоконструкций (колонны, балки, фермы, каркасы зданий) является одной из основных областей применения сварки MIG/MAG. Метод позволяет эффективно сваривать элементы различного сечения и толщины, обеспечивая требуемую прочность соединений.
В мостостроении сварка MIG/MAG применяется для соединения элементов пролетных строений, опор, ферм. В судостроении – для сварки корпусных конструкций, набора, переборок. Особое значение имеет возможность сварки в различных пространственных положениях.
Изготовление резервуаров для хранения жидких и газообразных веществ, сварка магистральных и технологических трубопроводов требует высокого качества сварных соединений. Метод MIG/MAG обеспечивает требуемую герметичность и прочность швов.
Изготовление кранов, грузоподъемных механизмов, конвейеров требует сварки элементов значительной толщины с обеспечением высокой прочности и надежности соединений. Метод MIG/MAG позволяет эффективно выполнять как заполняющие, так и корневые проходы.
При полуавтоматической сварке MIG/MAG могут возникать различные дефекты сварных соединений, снижающие прочность, герметичность и надежность конструкций. Знание причин образования дефектов и способов их предотвращения является необходимым условием получения качественных сварных соединений.
Поры представляют собой газовые полости в металле шва округлой формы. Пористость может быть поверхностной (видимой невооруженным глазом) и внутренней (выявляемой методами неразрушающего контроля).
Непровар – отсутствие сплавления между металлом шва и основным металлом или между отдельными слоями при многослойной сварке. Непровары являются одним из наиболее опасных дефектов, существенно снижающих прочность соединения.
Подрез – углубление на линии сплавления шва с основным металлом, образующееся в результате подплавления кромки и недостаточного заполнения этой зоны металлом. Подрезы снижают рабочее сечение и создают концентрацию напряжений.
Причины образования подрезов: чрезмерное напряжение дуги (длинная дуга), слишком высокая скорость сварки, неправильный угол наклона электрода, чрезмерная амплитуда поперечных колебаний горелки.
Устранение: Подрезы глубиной более 1-2 мм подлежат заварке. Мелкие подрезы устраняются механической зачисткой.
Брызги – мелкие капли расплавленного металла, выбрасываемые из сварочной ванны и застывающие на поверхности изделия. Хотя брызги не являются критическим дефектом прочности, они ухудшают внешний вид изделия и требуют дополнительной зачистки.
Наплыв – натекание металла шва на поверхность основного металла без сплавления с ним. Наплывы образуются при чрезмерной скорости подачи проволоки, недостаточном токе, неправильном угле наклона электрода или слишком низкой скорости сварки.
Прожог – сквозное проплавление металла с вытеканием жидкого металла сварочной ванны. Прожоги характерны для сварки тонколистового металла при чрезмерном токе, слишком большом зазоре или низкой скорости сварки.
Для обеспечения высокого качества сварных соединений необходимо соблюдать следующие требования:
Для сварки углеродистых и низколегированных сталей оптимальным выбором является газовая смесь, содержащая 75-80% аргона и 20-25% углекислого газа. Такая смесь обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с чистым CO₂: значительное снижение разбрызгивания металла (с 10-15% до 3-5%), более стабильное горение дуги, качественное формирование сварного шва с мелкочешуйчатой поверхностью, возможность применения импульсного режима сварки. Чистый углекислый газ экономически более выгоден, но приводит к повышенному разбрызгиванию, менее стабильной дуге и повышенному окислению металла сварочной ванны. Для ответственных конструкций рекомендуется использовать газовые смеси.
Выбор диаметра сварочной проволоки определяется толщиной свариваемого металла и требуемым режимом переноса. Для металла толщиной 1-2 мм применяют проволоку диаметром 0,6-0,8 мм, для толщины 2-3 мм – проволоку 0,8-1,0 мм, для толщины 3-5 мм – 1,0-1,2 мм, для толщины 5-10 мм – 1,2-1,6 мм, для толщины более 10 мм – 1,6-2,0 мм. При сварке в вертикальном и потолочном положениях следует использовать проволоку меньшего диаметра независимо от толщины металла, чтобы уменьшить объем сварочной ванны и обеспечить лучшее управление процессом. Для корневых проходов многослойной сварки также рекомендуется применять проволоку меньшего диаметра для обеспечения качественного формирования корня шва.
Синергетическое управление – это автоматическая система согласования всех параметров режима сварки на основе заложенных в микропроцессор алгоритмов. При использовании синергетики сварщику достаточно установить основные условия сварки (тип материала, толщину металла, диаметр проволоки, тип защитного газа), после чего система автоматически рассчитывает и устанавливает оптимальные значения сварочного тока, напряжения дуги, скорости подачи проволоки и других параметров. В процессе сварки микропроцессор непрерывно контролирует параметры и поддерживает их оптимальное соотношение. Преимущества синергетического управления: значительное упрощение настройки оборудования, высокая стабильность процесса, отличное качество швов, возможность работы сварщиков невысокой квалификации, быстрое переключение между различными режимами. Синергетические полуавтоматы особенно эффективны при импульсно-дуговой сварке, где требуется точное согласование множества параметров.
Поры в сварном шве образуются вследствие захвата газов расплавленным металлом сварочной ванны с последующим образованием газовых пузырей при кристаллизации металла. Основными причинами порообразования являются: нарушение газовой защиты из-за недостаточного расхода газа, засорения сопла горелки, сварки при сильном ветре или сквозняке; загрязнение поверхности свариваемого металла маслом, смазкой, ржавчиной, влагой; повышенное содержание влаги в защитном газе (особенно в углекислом газе); слишком высокая скорость сварки, не обеспечивающая достаточного времени для выхода газов из сварочной ванны; чрезмерная длина дуги, нарушающая газовую защиту. Для предотвращения пор необходимо: обеспечить расход защитного газа 8-15 л/мин, регулярно очищать сопло горелки от брызг металла, тщательно очищать и обезжиривать поверхность металла перед сваркой, использовать осушители для углекислого газа, поддерживать оптимальную длину дуги и скорость сварки, применять защитные экраны при сварке на открытом воздухе.
Режим переноса с короткими замыканиями характеризуется периодическим контактом расплавленного электрода с сварочной ванной, вызывающим короткое замыкание и погасание дуги. Частота замыканий составляет 20-200 раз в секунду. Этот режим реализуется при низких токах (до 200 А), напряжении 15-22 В и используется для сварки тонколистового металла (0,5-3 мм), возможности сварки во всех пространственных положениях. Недостатком является повышенное разбрызгивание металла. Струйный перенос происходит при высоких плотностях тока выше критического значения, когда мелкие капли металла диаметром значительно меньше диаметра электрода непрерывно переносятся через дуговой промежуток под действием электромагнитных сил. Режим характеризуется очень стабильной дугой, минимальным разбрызгиванием, высокой производительностью, глубоким проплавлением. Применяется преимущественно для сварки металла толщиной более 5 мм в нижнем положении. Требует использования проволоки большего диаметра (1,2-2,0 мм) и высоких токов (более 200-250 А). Импульсно-дуговой режим сочетает преимущества обоих режимов, обеспечивая контролируемый перенос металла без коротких замыканий при средних значениях тока.
Наиболее универсальной маркой сварочной проволоки для общих сварочных работ является Св-08Г2С (диаметр 0,8-1,2 мм). Эта проволока содержит повышенное количество марганца (1,8-2,1%) и кремния (0,7-0,95%), которые являются раскислителями и обеспечивают хорошее качество металла шва при сварке в углекислом газе и газовых смесях. Проволока Св-08Г2С применяется для сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, обеспечивает хорошее формирование шва, минимальное разбрызгивание и высокую прочность сварного соединения. Для сварки ответственных конструкций рекомендуется проволока Св-08ГА с пониженным содержанием серы и фосфора. Для работ, не требующих высокой прочности, может использоваться более дешевая проволока Св-08. При сварке нержавеющих сталей универсальной является проволока Св-04Х19Н9 или Св-08Х19Н10Г2Б, соответствующая по составу наиболее распространенным маркам хромоникелевых аустенитных сталей типа 12Х18Н10Т.
Да, сварка полуавтоматом без защитного газа возможна при использовании самозащитной (порошковой, флюсовой) проволоки. Такая проволока представляет собой трубку из стальной ленты, заполненную флюсом и легирующими компонентами. При плавлении проволоки флюс образует шлак и газовую защиту, предохраняющую металл от окисления. Преимущества самозащитной проволоки: не требуется баллон с защитным газом, что повышает мобильность и снижает затраты; возможность сварки на открытом воздухе при ветре; глубокое проплавление. Недостатки: более высокая стоимость проволоки; необходимость удаления шлаковой корки после сварки; повышенное дымовыделение; менее качественное формирование шва по сравнению со сваркой в газе. Для использования порошковой проволоки на полуавтомате необходимо изменить полярность подключения (минус на электроде, плюс на изделии) и установить соответствующие параметры режима. Применение самозащитной проволоки оправдано при монтажных работах на строительных площадках, при отсутствии возможности доставки газовых баллонов.
Качественная подготовка кромок является необходимым условием получения качественного сварного соединения. Основные требования: механическая зачистка кромок на ширину не менее 20 мм от линии сплавления для удаления окалины, ржавчины, краски; обезжиривание поверхности растворителями для удаления масел и смазок; при толщине металла более 3-4 мм необходима разделка кромок под углом 30-45 градусов с оставлением притупления 1-3 мм для обеспечения полного проплавления корня шва; обеспечение зазора между свариваемыми кромками согласно требованиям ГОСТ 14771-76, обычно 0-2 мм для металла толщиной до 5 мм, 2-3 мм для толщины 5-12 мм; для алюминиевых сплавов требуется удаление оксидной пленки механической зачисткой непосредственно перед сваркой (в течение 2-4 часов), так как оксид алюминия имеет температуру плавления значительно выше температуры плавления основного металла и препятствует сплавлению; качество подготовки кромок контролируется визуальным осмотром, кромки должны быть чистыми, без следов загрязнений.
Вылет электрода (расстояние от торца контактного наконечника до конца проволоки) существенно влияет на процесс сварки. При оптимальном вылете 8-15 мм для проволоки диаметром до 1,2 мм обеспечивается стабильное горение дуги и равномерное плавление электрода. При увеличенном вылете (более 20 мм) происходит дополнительный нагрев проволоки проходящим через нее током (эффект джоулева нагрева), что приводит к повышению скорости плавления проволоки без увеличения тепловложения в основной металл. Это может вызвать нестабильность процесса, увеличение разбрызгивания, ухудшение формирования шва, особенно при сварке в вертикальном и потолочном положениях. При недостаточном вылете (менее 5-8 мм) ухудшается видимость сварочной зоны, затрудняется направление электрода в корень разделки, возможен перегрев контактного наконечника и ускоренный его износ, ухудшается газовая защита из-за близкого расположения сопла к поверхности металла. Для проволоки большего диаметра (1,6-2,0 мм) допускается увеличение вылета до 15-25 мм. Важно поддерживать постоянный вылет в процессе сварки для обеспечения стабильности параметров.
Импульсный режим сварки MIG/MAG обеспечивает контролируемый перенос металла без коротких замыканий и разбрызгивания. Основные преимущества: минимальное разбрызгивание металла (менее 1% против 5-15% при обычных режимах), что снижает расход материалов и трудоемкость зачистки; контролируемое тепловложение позволяет сваривать тонколистовой металл толщиной от 0,5 мм проволокой диаметром 0,8-1,0 мм без прожогов; возможность сварки во всех пространственных положениях с высоким качеством шва благодаря малому объему сварочной ванны; высокое качество корневых проходов и заполняющих слоев с равномерным проплавлением; снижение деформаций свариваемых конструкций из-за уменьшенного тепловложения; расширение диапазона свариваемых толщин одним диаметром проволоки; возможность сварки разнородных металлов и сплавов, чувствительных к тепловложению. Недостатки импульсного режима: более высокая стоимость сварочного оборудования, требуется инверторный источник питания с микропроцессорным управлением; несколько меньшая производительность по сравнению со струйным переносом при сварке толстых сечений. Импульсный режим особенно эффективен при сварке нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов, тонколистовых конструкций и ответственных изделий, где критично качество швов.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Приведенные сведения основаны на действующих нормативных документах, технической литературе и практическом опыте применения технологии полуавтоматической сварки MIG/MAG.
Автор не несет ответственности за любые возможные последствия, возникшие в результате использования информации, представленной в статье. Выполнение сварочных работ должно осуществляться квалифицированными специалистами с соблюдением требований действующих нормативных документов, технологических инструкций и правил безопасности. Перед применением описанных технологий необходимо ознакомиться с актуальными редакциями соответствующих стандартов и получить необходимую квалификацию.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.