Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Газовая дуговая сварка металла Сварка "МИГ"

Газовая дуговая сварка металлическим электродом ( GMAW ), иногда называемая ее подтипами в среде инертного газа ( MIG ), представляет собой процесс сварки, при котором между расходуемым проволочным электродом MIG и металлом (металлами) заготовки образуется электрическая дуга , которая нагревает металл ( с), в результате чего их предохранитель (расплав и вступать). Вместе с проволочным электродом через сварочную горелку проходит защитный газ , который защищает процесс от атмосферного загрязнения.

Процесс может быть полуавтоматическим или автоматическим. Постоянное напряжение , постоянный ток источника питания обычно используется с GMAW, но постоянные текущие системы, а также переменного тока , могут быть использованы. Существует четыре основных метода переноса металла в GMAW: шаровидный, короткозамыкающий, распыление и импульсное распыление, каждый из которых имеет определенные свойства и соответствующие преимущества и ограничения.

Первоначально разработанный в 1940-х годах для сварки алюминия и других цветных металлов , GMAW вскоре стал применяться для сталей, поскольку он обеспечивал более быстрое время сварки по сравнению с другими сварочными процессами. Стоимость инертного газа ограничивала его использование в сталях до тех пор, пока несколько лет спустя не стали использовать полуинертные газы, такие как диоксид углерода.стало обычным явлением. Дальнейшие разработки в течение 1950-х и 1960-х годов сделали процесс более универсальным, и в результате он стал широко используемым промышленным процессом. Сегодня GMAW является наиболее распространенным процессом промышленной сварки, предпочтительным из-за его универсальности, скорости и относительной простоты адаптации процесса к роботизированной автоматизации. В отличие от сварочных процессов, в которых не используется защитный газ, например дуговой сварки в среде защитного металла , он редко используется на открытом воздухе или в других областях с движущимся воздухом. Связанный процесс, дуговая сварка порошковой проволокой , часто не использует защитный газ, а вместо этого использует полую электродную проволоку, заполненную флюсом .

Развитие [ править ]

Принципы газовой дуговой сварки начали понимать в начале 19 века, после того, как Хэмфри Дэви открыл короткие импульсные электрические дуги в 1800 году. [1] Василий Петров независимо создал непрерывную электрическую дугу в 1802 году (за ним последовал Дэви после 1808 года). [1] Только в 1880-х годах технология была разработана с целью промышленного использования. Сначала углеродные электроды использовались при сварке угольной дугой . К 1890 году металлические электроды были изобретены Николаем Славяновым и К.Л. Гробом . В 1920 году ранний предшественник GMAW был изобретен П.О. Нобелем из General Electric.. Он использовал постоянный ток с оголенной электродной проволокой и напряжение дуги для регулирования скорости подачи. В нем не использовался защитный газ для защиты сварного шва, так как разработки в области сварочной атмосферы произошли только позже того десятилетия. В 1926 году был выпущен еще один предшественник GMAW, но он не был пригоден для практического использования. [2]

В 1948 году GMAW был разработан Мемориальным институтом Баттеля . В нем использовался электрод меньшего диаметра и источник питания постоянного напряжения, разработанный HE Kennedy . Он обеспечивает высокую скорость наплавки, но высокая стоимость инертных газов ограничивает его использование цветными материалами и препятствует экономии средств. В 1953 году было разработано использование углекислого газа в качестве сварочной атмосферы, которое быстро приобрело популярность в GMAW, поскольку сделало сварку стали более экономичной. В 1958 и 1959 годах был выпущен вариант GMAW с короткой дугой, который повысил универсальность сварки и сделал возможной сварку тонких материалов, полагаясь на электроды меньшего размера и более совершенные источники питания. Он быстро стал самым популярным вариантом GMAW.

Вариант переноса дуги с распылением был разработан в начале 1960-х годов, когда экспериментаторы добавляли небольшое количество кислорода в инертные газы. Совсем недавно был применен импульсный ток, что привело к появлению нового метода, называемого импульсным изменением дуги с распылением. [3]

GMAW - один из самых популярных методов сварки, особенно в промышленных условиях. [4] Он широко используется в листовой и автомобильной промышленности. Там этот метод часто используется для дуговой точечной сварки , заменяя клепку или контактную точечную сварку. Он также популярен для автоматизированной сварки , когда роботы обрабатывают детали и сварочный пистолет для ускорения производства. [5] GMAW может быть трудно проводить на открытом воздухе, поскольку сквозняки могут рассеивать защитный газ и допускать попадание загрязняющих веществ в сварной шов; [6] дуговая сварка порошковой проволокой лучше подходит для использования вне помещений, например, в строительстве. [7] [8]Аналогичным образом, использование защитного газа в GMAW не подходит для подводной сварки , которая чаще всего выполняется с помощью дуговой сварки в защитном металлическом корпусе, дуговой сварки порошковой проволокой или дуговой сварки вольфрамовым электродом . [9]

Оборудование [ править ]

Для выполнения газовой дуговой сварки основным необходимым оборудованием является сварочная горелка, устройство подачи проволоки, источник сварочного тока , проволока сварочного электрода и источник защитного газа . [10]

Сварочная горелка и устройство подачи проволоки [ править ]

Изображение в разрезе сопла горелки GMAW. (1) Ручка горелки, (2) Литой фенольный диэлектрик (показан белым) и вставка металлической гайки с резьбой (желтая), (3) Диффузор защитного газа, (4) Контактный наконечник, (5) Выходная поверхность сопла
GMAW на нержавеющей стали
Сварочная станция MIG

Типичная сварочная горелка GMAW состоит из нескольких ключевых частей - переключателя управления, контактного наконечника, кабеля питания, газового сопла, трубопровода и гильзы для электрода, а также газового шланга. Управляющий переключатель или триггер при нажатии оператором инициирует подачу проволоки, подачу электроэнергии и подачи защитного газа, вызывая зажигание электрической дуги. Контактный наконечник, обычно из медии иногда химически обработанный для уменьшения разбрызгивания, подключается к источнику сварочного тока через силовой кабель и передает электрическую энергию на электрод, направляя ее в зону сварки. Он должен быть надежно закреплен и иметь соответствующий размер, поскольку он должен пропускать электрод, сохраняя при этом электрический контакт. На пути к контактному наконечнику проволока защищена и направляется кабелепроводом и вкладышем электрода, что помогает предотвратить коробление и поддерживать непрерывную подачу проволоки. Газовое сопло равномерно направляет защитный газ в зону сварки. Непостоянный поток не может должным образом защитить зону сварного шва. Сопла большего размера обеспечивают больший поток защитного газа, что полезно для операций сильноточной сварки, при которых образуется большая сварочная ванна. Газовый шланг от резервуаров защитного газа подает газ к форсунке.Иногда в сварочный пистолет также встроен шланг для воды, охлаждающий пистолет при работе с высокой температурой.[11]

Устройство подачи проволоки подает электрод к изделию, продвигая его по кабелепроводу к контактному наконечнику. Большинство моделей обеспечивают постоянную скорость подачи проволоки, но более совершенные машины могут изменять скорость подачи в зависимости от длины дуги и напряжения. Некоторые механизмы подачи проволоки могут достигать скорости подачи до 30 м / мин (1200 дюймов / мин) [12], но скорости подачи для полуавтоматической GMAW обычно находятся в диапазоне от 2 до 10 м / мин (75 - 400 дюймов / мин). [13]

Стиль инструмента [ править ]

Наиболее распространенным электрододержателем является полуавтоматический держатель с воздушным охлаждением. По нему циркулирует сжатый воздух для поддержания умеренных температур. Он используется при более низких уровнях тока для сварки внахлестку или стыковых соединений . Второй наиболее распространенный тип электрододержателя - полуавтоматический с водяным охлаждением, единственное отличие которого состоит в том, что вода заменяет воздух. Он использует более высокие уровни тока для сварки Т или угловых соединений. Третий типичный тип держателя - автоматический электрододержатель с водяным охлаждением, который обычно используется с автоматизированным оборудованием. [14]

Источник питания [ править ]

В большинстве случаев дуговой сварки металлическим газом используется источник постоянного напряжения. В результате любое изменение длины дуги (которое напрямую связано с напряжением) приводит к значительному изменению подводимого тепла и тока. Более короткая длина дуги вызывает гораздо большее тепловложение, что заставляет проволочный электрод плавиться быстрее и, таким образом, восстанавливать исходную длину дуги. Это помогает операторам поддерживать постоянную длину дуги даже при ручной сварке с помощью ручных сварочных пистолетов. Чтобы добиться аналогичного эффекта, иногда источник питания постоянного тока используется в сочетании с устройством подачи проволоки, управляемым напряжением дуги. В этом случае изменение длины дуги заставляет регулировать скорость подачи проволоки для поддержания относительно постоянной длины дуги. В редких случаях источник питания постоянного тока и устройство постоянной скорости подачи проволоки могут быть соединены.особенно для сварки металлов с высокой теплопроводностью, например алюминия. Это дает оператору дополнительный контроль над подводом тепла к сварному шву, но требует значительных навыков для успешной работы.[15]

Переменный ток редко используется с GMAW; вместо этого используется постоянный ток, и электрод обычно заряжается положительно. Поскольку анод имеет тенденцию иметь более высокую концентрацию тепла, это приводит к более быстрому плавлению питающей проволоки, что увеличивает проплавление и скорость сварки. Полярность может быть изменена только при использовании специальных электродных проводов с эмиссионным покрытием, но поскольку они не пользуются популярностью, отрицательно заряженный электрод используется редко. [16]

Электрод [ править ]

Электрод представляет собой проволоку из металлического сплава , называемую MIG-проволокой, выбор, сплав и размер которой в первую очередь зависят от состава свариваемого металла, используемого варианта процесса, конструкции соединения и состояния поверхности материала. Выбор электрода сильно влияет на механические свойства сварного шва и является ключевым фактором качества сварки. В общем, готовый металл сварного шва должен иметь механические свойства, аналогичные свойствам основного материала, без дефектов, таких как неоднородности, захваченные загрязнения или пористость внутри сварного шва. Для достижения этих целей существует множество электродов. Все имеющиеся в продаже электроды содержат раскисляющие металлы, такие как кремний , марганец , титан и алюминий.в небольшом количестве, чтобы предотвратить кислородную пористость. Некоторые содержат денитрирующие металлы, такие как титан и цирконий, чтобы избежать пористости азота. [17] В зависимости от изменения процесса и основного материала свариваемого материала диаметры электродов, используемых в GMAW, обычно находятся в диапазоне от 0,7 до 2,4 мм (0,028 - 0,095 дюйма), но могут достигать 4 мм (0,16 дюйма). Наименьшие электроды, обычно до 1,14 мм (0,045 дюйма) [18] , связаны с короткозамкнутым процессом переноса металла, в то время как наиболее распространенные электроды для режима переноса распылением обычно имеют диаметр не менее 0,9 мм (0,035 дюйма). [19] [20]

Защитный газ [ править ]

Основная статья: Защитный газ
Принципиальная схема GMAW. (1) Сварочная горелка, (2) Заготовка, (3) Источник питания, (4) Устройство подачи проволоки, (5) Источник электродов, (6) Подача защитного газа.

Защитные газы необходимы при газовой дуговой сварке металлическим электродом для защиты зоны сварки от атмосферных газов, таких как азот и кислород , которые могут вызвать дефекты плавления, пористость и охрупчивание металла шва, если они соприкасаются с электродом, дугой или сваркой. металл. Эта проблема характерна для всех процессов дуговой сварки; Например, в более раннем процессе дуговой сварки экранированного металла (SMAW) электрод покрывается твердым флюсом, который при расплавлении дугой образует защитное облако диоксида углерода. Однако в GMAW электродная проволока не имеет флюсового покрытия, и для защиты сварного шва используется отдельный защитный газ. Это устраняет шлак, твердый остаток флюса, который накапливается после сварки и должен быть удален, чтобы обнажить законченный шов.[21]

Выбор защитного газа зависит от нескольких факторов, в первую очередь от типа свариваемого материала и используемого процесса. Чистые инертные газы, такие как аргон и гелий , используются только для сварки цветных металлов; со сталью они не обеспечивают адекватного проплавления сварного шва (аргон), не вызывают беспорядочную дугу и способствуют разбрызгиванию (с гелием). Чистый диоксид углерода, с другой стороны, допускает сварку с глубоким проплавлением, но способствует образованию оксидов, что отрицательно влияет на механические свойства сварного шва. Его низкая стоимость делает его привлекательным выбором, но из-за реакционной способности дуговой плазмы неизбежно разбрызгивание, а сварка тонких материалов затруднена. В результате аргон и диоксид углерода часто смешивают в смеси от 75% / 25% до 90% / 10%. Как правило, при коротком замыкании GMAW более высокое содержание диоксида углерода увеличивает тепло и энергию сварного шва, когда все остальные параметры сварки (вольты, ток, тип и диаметр электрода) остаются неизменными. Поскольку содержание диоксида углерода увеличивается более чем на 20%, перенос распылением GMAW становится все более проблематичным, особенно с меньшими диаметрами электродов. [22]

Аргон также обычно смешивают с другими газами, кислородом, гелием, водородом и азотом. Добавление до 5% кислорода (например, более высокие концентрации диоксида углерода, упомянутые выше) может быть полезным при сварке нержавеющей стали, однако в большинстве случаев предпочтительнее диоксид углерода. [23]Повышенное содержание кислорода заставляет защитный газ окислять электрод, что может привести к пористости в осадке, если электрод не содержит достаточного количества раскислителей. Избыточный кислород, особенно при использовании там, где он не предусмотрен, может привести к хрупкости в зоне термического влияния. Смеси аргона и гелия чрезвычайно инертны и могут использоваться для обработки цветных металлов. Концентрация гелия 50–75% повышает необходимое напряжение и увеличивает нагрев дуги из-за более высокой температуры ионизации гелия. Иногда к аргону добавляют водород в небольших концентрациях (примерно до 5%) для сварки никелевых деталей и толстых деталей из нержавеющей стали. В более высоких концентрациях (до 25% водорода) его можно использовать для сварки проводящих материалов, таких как медь. Однако его нельзя использовать на стали,алюминий или магний, потому что они могут вызвать пористость иводородная хрупкость . [21]

Также доступны смеси защитных газов из трех и более газов. Смеси аргона, двуокиси углерода и кислорода продаются для сварки сталей. Другие смеси добавляют небольшое количество гелия к комбинациям аргон-кислород. Утверждается, что эти смеси обеспечивают более высокое напряжение дуги и скорость сварки. Гелий также иногда служит базовым газом с добавлением небольшого количества аргона и диоксида углерода. Однако, поскольку он менее плотен, чем воздух, гелий менее эффективно защищает сварной шов, чем аргон, который плотнее воздуха. Это также может привести к проблемам со стабильностью дуги и проникновению, а также к увеличению разбрызгивания из-за более энергичной дуговой плазмы. Гелий также значительно дороже других защитных газов. Другие специализированные и часто патентованные газовые смеси требуют еще больших преимуществ для конкретных применений. [21]

Несмотря на то, что он ядовит, следы оксида азота могут использоваться для предотвращения образования еще более опасного озона в дуге.

Желаемая скорость потока защитного газа зависит в первую очередь от геометрии сварного шва, скорости, тока, типа газа и режима переноса металла. Сварка плоских поверхностей требует более высокого расхода, чем сварка материалов с канавками, поскольку газ рассеивается быстрее. Как правило, более высокая скорость сварки означает, что необходимо подавать больше газа для обеспечения надлежащего покрытия. Кроме того, более высокий ток требует большего потока, и, как правило, для обеспечения адекватного покрытия требуется больше гелия, чем при использовании аргона. Возможно, наиболее важно то, что четыре основных варианта GMAW имеют разные требования к потоку защитного газа - для небольших сварочных ванн в режимах короткого замыкания и импульсного распыления около 10  л / мин (20 футов 3 / ч).) обычно подходит, тогда как для глобулярного переноса предпочтительно около 15 л / мин (30 фут 3 / ч). Вариант струйного переноса обычно требует большего потока защитного газа из-за его более высокого тепловложения и, следовательно, большей сварочной ванны. Обычно расход газа составляет примерно 20–25 л / мин (40–50 футов 3 / ч). [13]

Трехмерная печать на основе GMAW [ править ]

GMAW также использовался как недорогой метод для трехмерной печати металлических объектов. [24] [25] [26] Для использования GMAW были разработаны различные 3D-принтеры с открытым исходным кодом . [27] Такие компоненты, изготовленные из алюминия, конкурируют с более традиционно производимыми компонентами по механической прочности. [28] За счет образования плохого сварного шва на первом слое детали, напечатанные GMAW 3-D, можно удалить с подложки с помощью молотка. [29] [30]

Операция [ править ]

Площадь сварного шва GMAW. (1) Направление движения, (2) Контактная трубка, (3) Электрод, (4) Защитный газ, (5) Расплавленный металл шва, (6) Затвердевший металл шва, (7) Заготовка.

Для большинства областей применения газовая дуговая сварка металлическим электродом - это довольно простой процесс сварки, который требует не более недели или двух для освоения базовой техники сварки. Даже когда сварка выполняется хорошо обученными операторами, качество сварки может колебаться, так как оно зависит от ряда внешних факторов. Все методы сварки GMAW опасны, хотя, возможно, и в меньшей степени, чем некоторые другие методы сварки, такие как дуговая сварка в среде защитного металла . [31]

Техника [ править ]

Базовая техника GMAW несложна, и большинство людей могут достичь разумного мастерства за несколько недель при условии надлежащей подготовки и достаточной практики. Поскольку большая часть процесса автоматизирована, GMAW освобождает сварщика (оператора) от бремени поддержания точной длины дуги, а также подачи присадочного металла в сварочную ванну, скоординированных операций, которые требуются в других процессах ручной сварки, таких как экранирование металлическая дуга. GMAW требует только, чтобы сварщик направлял пистолет в правильном положении и ориентации вдоль свариваемой области, а также периодически очищал газовое сопло пистолета для удаления скопившихся брызг. Дополнительные навыки включают в себя знание того, как настроить сварочный аппарат так, чтобы напряжение, скорость подачи проволоки и скорость потока газа были правильными для свариваемых материалов и размера используемой проволоки.

Важно поддерживать относительно постоянное контактное расстояние до рабочей поверхности (расстояние вылета ). Чрезмерный вылет может привести к преждевременному расплавлению проволочного электрода, вызывая разбрызгивание дуги, а также может вызвать быстрое рассеивание защитного газа, что ухудшит качество сварного шва. Напротив, недостаточный вылет может увеличить скорость накопления брызг внутри сопла пистолета и, в крайних случаях, может вызвать повреждение контактного наконечника пистолета. Расстояние вылета различается в зависимости от процесса сварки GMAW и применения. [32] [33] [34] [35]

Ориентация пистолета относительно сварного изделия также важна. Держать его следует так, чтобы угол между заготовками делился пополам; то есть под углом 45 градусов для углового шва и 90 градусов для сварки плоской поверхности. Угол перемещения или угол упреждения - это угол пистолета по отношению к направлению движения, и он обычно должен оставаться приблизительно вертикальным. [36] Однако желаемый угол несколько меняется в зависимости от типа используемого защитного газа - с чистыми инертными газами нижняя часть горелки часто находится немного впереди верхней части, в то время как противоположное верно, когда сварочная атмосфера является углеродной. диоксид. [37]

Позиционная сварка, то есть сварка вертикальных или потолочных стыков, может потребовать использования техники плетения для обеспечения надлежащего наплавки и проплавления. При позиционной сварке под действием силы тяжести расплавленный металл выходит из ванны, что приводит к образованию кратеров и подрезов - двух условий, которые приводят к слабому сварному шву. Плетение постоянно перемещает зону плавления, чтобы ограничить количество наплавленного металла в любой точке. Поверхностное натяжение затем помогает удерживать расплавленный металл в луже до тех пор, пока он не затвердеет. Для развития навыков позиционной сварки требуется некоторый опыт, но обычно он быстро осваивается.

Качество [ править ]

Двумя наиболее распространенными проблемами качества при GMAW являются окалина и пористость . Если их не контролировать, они могут стать причиной более слабых и менее пластичных сварных швов. Окалина - особенно распространенная проблема при сварке алюминия GMAW, обычно возникающая из-за частиц оксида алюминия или нитрида алюминия, присутствующих в материалах электрода или основных материалов. Электроды и детали необходимо очистить металлической щеткой или обработать химическими веществами для удаления оксидов с поверхности. Любой кислород, контактирующий со сварочной ванной, будь то из атмосферы или защитного газа, также вызывает образование окалины. В результате необходим достаточный поток инертных защитных газов и следует избегать сварки в движущемся воздухе. [38]

В GMAW основной причиной пористости является улавливание газа в сварочной ванне, которое происходит, когда металл затвердевает до выхода газа. Газ может поступать из-за примесей в защитном газе или на заготовке, а также из-за слишком длинной или сильной дуги. Как правило, количество захваченного газа напрямую связано со скоростью охлаждения сварочной ванны. Из-за более высокой теплопроводности, алюминиевые сварные швы особенно подвержены более высокой скорости охлаждения и, как следствие, дополнительной пористости. Чтобы его уменьшить, заготовка и электрод должны быть чистыми, скорость сварки уменьшена, а ток должен быть достаточно высоким, чтобы обеспечить достаточный подвод тепла и стабильный перенос металла, но достаточно низким, чтобы дуга оставалась устойчивой. Предварительный нагрев также может помочь снизить скорость охлаждения в некоторых случаях за счет уменьшения температурного градиента между областью сварного шва и основным металлом. [39]

Безопасность [ править ]

Дуговая сварка в любой форме может быть опасной, если не будут приняты соответствующие меры. Поскольку в GMAW используется электрическая дуга, сварщики должны носить подходящую защитную одежду, в том числе толстые перчатки и защитные куртки с длинными рукавами, чтобы свести к минимуму воздействие самой дуги, а также сильного тепла, искр и горячего металла. Интенсивное ультрафиолетовое излучение дуги может вызвать солнечные ожоги незащищенной кожи, а также состояние, известное как дуга глаза , воспаление роговицы или, в случае длительного воздействия, необратимое повреждение сетчатки глаза . Обычные сварочные маски содержат темные лицевые панели для предотвращения этого воздействия. В новых конструкциях шлема используется жидкий кристалл.Лицевая панель самозатемняющаяся под действием дуги. Прозрачные сварочные завесы из поливинилхлоридной пластиковой пленки часто используются для защиты находящихся поблизости рабочих и посторонних лиц от воздействия дуги. [40]

Сварщики часто подвергаются воздействию опасных газов и взвешенных в воздухе твердых частиц. GMAW производит дым, содержащий частицы различных типов оксидов , и размер частиц имеет тенденцию влиять на токсичность дыма. Более мелкие частицы представляют большую опасность. Концентрации углекислого газа и озона могут оказаться опасными при недостаточной вентиляции. Другие меры предосторожности включают хранение горючих материалов вдали от рабочего места и наличие поблизости работающего огнетушителя . [41]

Режимы передачи металла [ править ]

Три режима переноса в GMAW: шаровое, короткое замыкание и распыление. Существует несколько признанных разновидностей этих трех режимов переноса, включая модифицированное короткое замыкание и импульсное распыление. [42]

Globular [ править ]

GMAW с глобулярным переносом металла считается наименее желательным из трех основных вариантов GMAW из-за его тенденции к высокому нагреву, плохой поверхности сварного шва и разбрызгиванию. Первоначально этот метод был разработан как экономичный способ сварки стали с использованием GMAW, поскольку в этом варианте используется диоксид углерода, менее дорогой защитный газ, чем аргон. К его экономическим преимуществам добавлялась высокая скорость наплавки, обеспечивающая скорость сварки до 110 мм / с (250 дюймов / мин). [43] По мере выполнения сварного шва шарик расплавленного металла от электрода имеет тенденцию нарастать на конце электрода, часто неправильной формы с большим диаметром, чем сам электрод. Когда капля окончательно отделяется под действием силы тяжести или короткого замыкания, она падает на заготовку, оставляя неровную поверхность и часто вызывая разбрызгивание.[44] Из- за наличия большой капли расплава процесс обычно ограничивается плоскими и горизонтальными положениями сварки, требует более толстых деталей и приводит к большей сварочной ванне. [45] [46]

Короткое замыкание [ править ]

Дальнейшие разработки в области сварки стали с помощью GMAW привели к изменению, известному как перенос короткого замыкания (SCT) или GMAW с короткой дугой, при котором ток ниже, чем при шаровом методе. В результате более низкого тока значительно снижается тепловложение для вариации короткой дуги, что позволяет сваривать более тонкие материалы, уменьшая при этом величину деформации и остаточного напряжения в зоне сварного шва. Как и при шаровидной сварке, расплавленные капли образуются на кончике электрода, но вместо того, чтобы падать в сварочную ванну, они перекрывают зазор между электродом и сварочной ванной в результате более низкой скорости подачи проволоки. Это вызывает короткое замыкание и гаснет дугу, но она быстро возобновляется после поверхностного натяжения.сварочной ванны отрывает валик расплавленного металла от наконечника электрода. Этот процесс повторяется примерно 100 раз в секунду, благодаря чему дуга кажется постоянной для человеческого глаза. Этот тип переноса металла обеспечивает лучшее качество сварки и меньшее разбрызгивание, чем шаровое изменение, и позволяет выполнять сварку во всех положениях, хотя и с более медленным нанесением сварочного материала. Установка параметров процесса сварки (вольт, ампер и скорость подачи проволоки) в относительно узком диапазоне имеет решающее значение для поддержания стабильной дуги: обычно от 100 до 200 ампер при 17-22 вольт для большинства приложений. Кроме того, использование переноса короткой дуги может привести к отсутствию плавления и недостаточному проплавлению при сварке более толстых материалов из-за более низкой энергии дуги и быстрого замерзания сварочной ванны. [47]Как и шаровидный вариант, его можно использовать только на черных металлах. [20] [48] [49]

Перенос холодного металла [ править ]

Для тонких материалов используется технология Cold Metal Transfer (CMT), уменьшающая ток при регистрации короткого замыкания, производя много капель в секунду. CMT можно использовать для алюминия.

Спрей [ править ]

Перенос распылением GMAW был первым методом переноса металла, использованным в GMAW, и хорошо подходил для сварки алюминия и нержавеющей стали с использованием инертного защитного газа. В этом процессе GMAW металл сварочного электрода быстро проходит по стабильной электрической дуге от электрода к заготовке, что по существу устраняет разбрызгивание и приводит к высококачественной отделке шва. По мере того, как ток и напряжение увеличиваются за пределами диапазона передачи короткого замыкания, перенос металла сварочного электрода переходит от больших глобул через маленькие капли к испаренному потоку при самых высоких энергиях. [50]Поскольку этот вариант переноса парообразным распылением в процессе сварки GMAW требует более высокого напряжения и тока, чем передача короткого замыкания, и в результате более высокого тепловложения и большей площади сварочной ванны (для данного диаметра сварочного электрода) он обычно используется только на заготовки толщиной более 6,4 мм (0,25 дюйма). [51]

Кроме того, из-за большой сварочной ванны она часто ограничивается плоскими и горизонтальными положениями сварки, а иногда также используется для сварки вертикальных швов вниз. Обычно это нецелесообразно для корневых швов. [52] Когда электрод меньшего размера используется в сочетании с меньшим тепловложением, его универсальность увеличивается. Максимальная скорость наплавки для GMAW со струйной дугой относительно высока - около 600 мм / с (1500 дюймов / мин). [20] [43] [53]

Импульсное распыление [ править ]

Вариант режима переноса распылением, импульсное распыление основано на принципах переноса распылением, но использует пульсирующий ток для плавления присадочной проволоки и позволяет одной маленькой капле расплава падать с каждым импульсом. Импульсы позволяют снизить средний ток, уменьшая общее тепловложение и, таким образом, уменьшая размер сварочной ванны и зоны термического влияния, позволяя сваривать тонкие детали. Импульс обеспечивает стабильную дугу и отсутствие брызг, так как не происходит короткого замыкания. Это также делает процесс пригодным почти для всех металлов, а также можно использовать более толстую электродную проволоку. Меньшая сварочная ванна делает вариацию более универсальной, позволяя выполнять сварку во всех положениях. По сравнению с GMAW короткой дугой,этот метод имеет несколько меньшую максимальную скорость (85 мм / с или 200 дюймов / мин), и для этого процесса также требуется, чтобы в качестве защитного газа использовался в основном аргон с низкой концентрацией диоксида углерода. Кроме того, для этого требуется специальный источник питания, способный выдавать импульсы тока с частотой от 30 до 400 импульсов в секунду. Однако этот метод приобрел популярность, поскольку требует меньшего тепловложения и может использоваться для сварки тонких деталей, а также цветных металлов.[20] [54] [55] [56]

Сравнение с дуговой сваркой порошковой проволокой [ править ]

Основная статья: Дуговая сварка порошковой проволокой

Порошковый , самозащита или безгазовый провод вскармливании сварка была разработана для простоты и переносимости. [57] Это позволяет избежать использования газовой системы обычного GMAW и использовать порошковую проволоку, содержащую твердый флюс. Этот флюс испаряется во время сварки и образует шлейф защитного газа. Хотя это соединение описывается как «флюс», это соединение малоактивно и действует в основном как инертный экран. Проволока имеет немного больший диаметр, чем для сопоставимого сварного шва в среде защитного газа, чтобы оставить место для флюса. Наименьший из доступных - 0,8 мм в диаметре по сравнению с 0,6 мм для сплошной проволоки. Защитный пар немного активен, а не инертен, поэтому всегда используется MAGS, но не MIG (защита от инертного газа). Это ограничивает процесс сталью, а не алюминием.

Эти безгазовые машины работают как DCEN, а не как DCEP, обычно используемый для сплошной проволоки GMAW. [57] DCEP, или положительный электрод постоянного тока, превращает сварочную проволоку в положительно заряженный анод , который является более горячей стороной дуги. [58] При условии, что он может переключаться с DCEN на DCEP, для порошковой проволоки также можно использовать газозащитный механизм подачи проволоки.

Считается, что порошковая проволока имеет некоторые преимущества при сварке на открытом воздухе на объекте, поскольку шлейф защитного газа с меньшей вероятностью будет унесен ветром, чем защитный газ из обычного сопла. [59] [60] Небольшой недостаток заключается в том, что, как при сварке SMAW (электродной сваркой), на сварной валик может быть нанесен некоторый флюс, что требует более тщательной очистки между проходами. [59]

Сварочные аппараты с флюсовой сердцевиной наиболее популярны на уровне любителей, поскольку они немного проще, но в основном потому, что они позволяют избежать затрат на подачу защитного газа либо через арендованный баллон, либо из-за высокой стоимости одноразовых баллонов. [59]

См. Также [ править ]

  • Порошковая сварка
  • Список сварочных процессов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Андерс 2003 , стр. 1060–9
  2. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 7
  3. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 8-9
  4. ^ Jeffus 1997 , стр. 6
  5. ^ Kalpakjian & Schmid 2001 , стр. 783
  6. Перейти ↑ Davies 2003 , p. 174
  7. ^ Jeffus 1997 , стр. 264
  8. Перейти ↑ Davies 2003 , p. 118
  9. Перейти ↑ Davies 2003 , p. 253
  10. ^ Miller Electric Mfg Co 2012 , стр. 5
  11. ^ Nadzam 1997 , стр. 5-6
  12. ^ Nadzam 1997 , стр. 6
  13. ↑ a b Cary & Helzer 2005 , стр. 123–5
  14. ↑ Тодд, Аллен и Элтинг, 1994 , стр. 351–355.
  15. ^ Nadzam 1997 , стр. 1
  16. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 118-9
  17. ^ Nadzam 1997 , стр. 15
  18. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 22
  19. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 105
  20. ^ а б в г Кэри и Хелцер 2005 , стр. 121
  21. ^ a b c Кэри и Хелцер 2005 , стр. 357–9.
  22. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 96
  23. ^ Craig 1991 , стр. 40-1
  24. ^ Ослабленный винт? 3-D принтер может скоро подделать вам новый http://www.nbcnews.com/technology/loose-screw-3-d-printer-may-soon-forge-you-new-2D11678840
  25. ^ Теперь вы можете печатать на 3D-принтере с металлом дома "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2016-08-16 . Проверено 16 августа 2016 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  26. ^ Джеральд К. Анзалоне, Ченлонг Чжан, Бас Вайнен, Пол Г. Сандерс и Джошуа М. Пирс, « Недорогая трехмерная печать на металле с открытым исходным кодом », IEEE Access , 1, стр. 803-810, (2013). DOI: 10.1109 / ACCESS.2013.2293018
  27. ^ Yuenyong Nilsiam, Amberlee Haselhuhn, Bas Wijnen, Пол Сандерс, и Джошуа М. Пирс. Интегрированный мониторинг напряжения - тока и управление газомодуговым магнитным шарниром с открытым исходным кодом 3-D принтер . Машины 3 (4), 339-351 (2015). DOI: 10.3390 / machines3040339
  28. ^ Амберли С. Хазелхун, Майкл В. Бур, Бас Вайнен, Пол Г. Сандерс, Джошуа М. Пирс, Взаимосвязь структуры и свойства обычных алюминиевых сварных сплавов, используемых в качестве сырья для трехмерной печати на металле на основе GMAW . Материаловедение и инженерия: A , 673 , стр. 511–523 (2016). DOI: 10.1016 / j.msea.2016.07.099
  29. ^ Amberlee С. Haselhuhn, Bas Wijnen, Джеральд С. Anzalone, Пол Г. Сандерс, Джошуа М. Пирс, В Ситу Формирование субстрата механизмов высвобождения для газа дугового металла сварного шва 3-D печати . Журнал технологий обработки материалов . 226. С. 50–59 (2015).
  30. ^ Амберли С. Хазелхун, Эли Дж. Гудинг, Александра Г. Гловер, Джеральд К. Анзалоне, Бас Вейнен, Пол Г. Сандерс, Джошуа М. Пирс. Механизмы отделения основы для газовой металлической дуги 3-D алюминиевой металлической печати . 3D-печать и аддитивное производство . 1 (4): 204-209 (2014). DOI: 10.1089 / 3dp.2014.0015
  31. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 126
  32. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 29
  33. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 52
  34. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 109
  35. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 141
  36. ^ «Переменные, влияющие на проникновение сварного шва» . Линкольн Электрик . Проверено 20 августа 2018 года .
  37. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 125
  38. ^ Lincoln Electric 1994 , 9,3-5 - 9,3-6
  39. ^ Lincoln Electric 1994 , 9,3-1 - 9,3-2
  40. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 42
  41. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 52-62
  42. Перейти ↑ American Welding Society 2004 , p. 150
  43. ^ а б Кэри и Хелцер 2005 , стр. 117
  44. ^ Weman 2003 , стр. 50
  45. ^ Miller Electric Mfg Co 2012 , стр. 14
  46. ^ Nadzam 1997 , стр. 8
  47. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 11
  48. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 98
  49. ^ Weman 2003 , стр. 49-50
  50. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 82
  51. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 90
  52. Перейти ↑ Craig 1991 , p. 98
  53. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 96
  54. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 99
  55. ^ Cary & Helzer 2005 , стр. 118
  56. Перейти ↑ American Welding Society 2004 , p. 154
  57. ^ a b Грег Хольстер. "Безгазовая сварка проволокой - одно дело" (PDF) . С. 64–68.
  58. ^ «Сварка металлургии: физика дуги и поведение сварочной ванны» (PDF) . Canteach .
  59. ^ a b c «Как сварить порошковой проволокой» . Сварка MIG - Руководство DIY .
  60. ^ "Газ против безгазовой сварки Mig, в чем разница" . Склад сварщика . 4 октября 2014 г.

Библиография [ править ]

  • Американское сварочное общество (2004 г.). Справочник по сварке, Сварочные процессы, Часть 1 . Майами: Американское общество сварки. ISBN 978-0-87171-729-0.
  • Андерс, А. (2003). «Отслеживание происхождения науки о дуговой плазме-II. Ранние непрерывные разряды» (PDF) . IEEE Transactions по науке о плазме . 31 (5): 1060–9. Bibcode : 2003ITPS ... 31.1060A . DOI : 10.1109 / TPS.2003.815477 .
  • Кэри, Говард Б.; Хельцер, Скотт С. (2005). Современные сварочные технологии . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Образование Пирсона. ISBN 978-0-13-113029-6.
  • Крейг, Эд (1991). Параметры газовой дуговой сварки и порошковой сварки . Чикаго: Weldtrain. ISBN 978-0-9753621-0-5.
  • Дэвис, Артур Сирил (2003). Наука и практика сварки . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-43566-6.CS1 maint: ref = harv ( ссылка )
  • Джеффус, Ларри Ф. (1997). Сварка: принципы и применение . Cengage Learning. ISBN 978-08-2738-240-4.
  • Калпакджян, Серопе; Шмид, Стивен Р. (2001). Технологии и технологии производства . Прентис Холл. ISBN 978-0-201-36131-5.
  • Линкольн Электрик (1994). Справочник по методике дуговой сварки . Кливленд: Линкольн Электрик. ISBN 978-99949-25-82-7.
  • Miller Electric Mfg Co (2012). Руководство по газовой дуговой сварке (GMAW) (PDF) . Appleton, WI: Miller Electric Mfg Co. Архивировано из оригинала (PDF) 08 декабря 2015 г.CS1 maint: ref = harv ( ссылка )
  • Надзам, Джефф, изд. (1997). Руководство по газовой дуговой сварке металла (PDF) . Линкольн Электрик.
  • Тодд, Роберт Х .; Аллен, Делл К .; Альтинг, Лео (1994). Справочник по производственным процессам . Нью-Йорк: Промышленная пресса. ISBN 978-0-8311-3049-7.
  • Веман, Клас (2003). Справочник по сварочным процессам . Нью-Йорк: CRC Press LLC. ISBN 978-0-8493-1773-6.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Блант, Джейн; Балчин, Найджел С. (2002). Здоровье и безопасность при сварке и родственных процессах . Кембридж, Великобритания: Вудхед. ISBN 978-1-85573-538-5.
  • Хикс, Джон (1999). Конструкция сварных соединений . Промышленная пресса. ISBN 978-0-8311-3130-2.
  • Минник, Уильям Х. (2007). Справочник по газовой дуговой сварке металлов . Тинли Парк: Гудхарт – Уиллкокс . ISBN 978-1-59070-866-8.
  • Тенденции исследований в области сварки . Парк материалов, Огайо: ASM International. 2003. ISBN 978-0-87170-780-2.

Внешние ссылки [ править ]

  • Справочник по процессам ЭСАБ
  • Темы OSHA по безопасности и охране здоровья - сварка, резка и пайка
  • Скорость образования дыма при дуговой сварке металлическим газом - исследовательская статья из журнала Welding Journal за 1999 г.