Газовая дуговая сварка металла - Gas metal arc welding

Газовая дуговая сварка металла Сварка "МИГ"

Газовая дуговая сварка металла (GMAW), иногда называемый его подтипами металлический инертный газ (МИГ) сварка или же металлический активный газ (МАГ) сварка, это сварка процесс, в котором электрическая дуга формы между расходным материалом MIG провод электрод и металл (металлы) заготовки, который нагревает металл (металлы) заготовки, заставляя их плавиться и соединяться. Наряду с проволочным электродом защитный газ подается через сварочный пистолет, что защищает процесс от атмосферного загрязнения.

Процесс может быть полуавтоматическим или автоматическим. Постоянная Напряжение, постоянный ток источник питания чаще всего используется с GMAW, но постоянный Текущий системы, а также переменный ток, может быть использован. Существует четыре основных метода переноса металла в GMAW, называемых глобулярным, короткозамкнутым, распылительным и импульсным, каждый из которых имеет определенные свойства и соответствующие преимущества и ограничения.

Первоначально разработан в 1940-х годах для сварки. алюминий и других цветных металлов, GMAW вскоре был применен к стали потому что он обеспечивает меньшее время сварки по сравнению с другими сварочными процессами. Стоимость инертного газа ограничивала его использование в сталях до тех пор, пока несколько лет спустя не начали использовать полуинертные газы, такие как углекислый газ стало обычным явлением. Дальнейшие разработки в 1950-х и 1960-х годах 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 дуговая сварка 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 поток.

Разработка

Принципы газовой дуговой сварки стали понимать в начале 19 века, после Хэмфри Дэви открыл короткие импульсные электрические дуги в 1800 году.[1] Василий Петров самостоятельно производил непрерывный электрическая дуга в 1802 г. (за ним последовал Дэви после 1808 г.).[1] Только в 1880-х годах технология была разработана с целью промышленного использования. Сначала угольные электроды использовались в углеродно-дуговая сварка. К 1890 году металлические электроды были изобретены Николай Славянов и К. Л. Гроб. В 1920 году ранний предшественник GMAW был изобретен П. О. Нобелем из General Electric. В нем использовался постоянный ток с оголенным электродом 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 Battelle Memorial Institute. В нем использовался электрод меньшего диаметра и источник постоянного напряжения, разработанный компанией Х. Э. Кеннеди. Он обеспечивает высокую скорость наплавки, но высокая стоимость инертных газов ограничивает его использование цветными материалами и препятствует экономии средств. В 1953 году использование углекислый газ по мере развития сварочной атмосферы, которая быстро завоевала популярность в GMAW, так как 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 струйной дуги был разработан в начале 1960-х, 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 метод часто используется для дуговых точечная сварка, заменяя захватывающий или же сопротивление точечная сварка. Он также популярен автоматическая сварка, где роботы обрабатывают детали и сварочный пистолет, чтобы ускорить производство.[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] Точно так же использование GMAW защитного газа не поддается подводная сварка, что чаще всего выполняется через дуговая сварка в среде защитного металла, дуговая сварка порошковой проволокой, или газовая вольфрамовая дуговая сварка.[9]

Оборудование

Для выполнения газовой дуговой сварки основным необходимым оборудованием является сварочная горелка, устройство подачи проволоки, источник питания для сварки, а сварочный электрод провод и защитный газ поставлять.[10]

Сварочная горелка и устройство подачи проволоки

Изображение в разрезе сопла горелки GMAW. (1) Ручка горелки, (2) Литой фенольный диэлектрик (показан белым) и металлическая гайка 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 сделанный из медь и 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 сварочную горелку также встроен водяной шланг, 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 скорость подачи для полуавтоматической GMAW обычно составляет от 2 до 10 м / мин (75 - 400 дюймов / мин).[13]

Стиль инструмента

Наиболее распространенным электрододержателем является полуавтоматический держатель с воздушным охлаждением. По нему циркулирует сжатый воздух для поддержания умеренных температур. Он используется с более низкими уровнями тока для сварки внахлестку или стык. суставы. 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

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 тем самым 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 объединены, особенно для сварки металлов с высокой теплопроводностью, таких как алюминий. 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 большую концентрацию тепла, это приводит к более быстрому плавлению питающей проволоки, что увеличивает проплавление шва и скорость сварки. Полярность может быть изменена только при использовании специальных электродных проводов с эмиссионным покрытием, но, поскольку они не популярны, отрицательно заряженный электрод используется редко.[16]

Электрод

Электрод металлический сплав Проволока, называемая MIG-проволокой, выбор, сплав и размер которой в первую очередь зависят от состава свариваемого металла, используемого технологического изменения, 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 из них содержат денитрирующие металлы, такие как титан и цирконий чтобы избежать азотной пористости.[17] В зависимости от варианта процесса и свариваемого основного материала диаметры электродов, используемых в GMAW, обычно варьируются 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 коротким замыканием процесса переноса металла, в то время как наиболее распространенные электроды для режима распыления обычно имеют диаметр не менее 0,9 мм (0,035 дюйма).[19][20]

Защитный газ

Основная статья: Защитный газ
Принципиальная схема GMAW. (1) Сварочная горелка, (2) Заготовка, (3) Источник питания, (4) Блок 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 сварочным металлом. 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 открыть готовый шов.[21]

Выбор защитного газа зависит от нескольких факторов, в первую очередь от типа свариваемого материала и используемых вариантов процесса. Чистые инертные газы, такие как аргон и гелий используются только для сварки цветных металлов; со сталью они не обеспечивают достаточного проплавления сварного шва (аргон) или вызывают беспорядочную дугу и способствуют разбрызгиванию (с гелием). Чистый углекислый газ, 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, водород и азот. 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 не следует использовать для стали, алюминия или магния, поскольку он может вызвать пористость и хрупкость водорода.[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 гораздо 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 они ядовиты, следовые количества оксид азота можно использовать для предотвращения еще более неприятных озон от образования 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 предъявляют различные требования к потоку защитного газа - для небольших сварочных ванн в режимах короткого замыкания и импульсного распыления около 10L / мин (20 футов3/час ) обычно подходит, тогда как для шарового переноса около 15 л / мин (30 футов3/ ч) является предпочтительным. 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/час).[13]

Трехмерная печать на основе GMAW

GMAW также использовался как недорогой метод для 3-D печать металлические предметы.[24][25][26] Разные Открытый исходный код 3-D принтеры были разработаны для использования GMAW.[27] Такие компоненты, изготовленные из алюминия, конкурируют с более традиционно производимыми компонентами по механической прочности.[28] Создав плохой сварной шов на первом слое, детали, напечатанные GMAW 3-D, можно удалить с подложки с помощью молотка.[29][30]

Операция

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, в меньшей степени, чем некоторые другие методы сварки, такие как дуговая сварка в среде защитного металла.[31]

Техника

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 знание того, как настроить сварочный аппарат так, чтобы напряжение, скорость подачи проволоки и скорость потока газа соответствовали свариваемым материалам и используемому размеру проволоки.

Поддержание относительно постоянного контактного расстояния от наконечника до рабочей поверхности ( торчать расстояние) важно. 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 пушки относительно сварка тоже важно. 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 изменяется в зависимости от типа используемого защитного газа - с чистыми инертными газами нижняя часть горелки часто находится немного впереди верхней секции, тогда как противоположное верно, когда сварочная атмосфера представляет собой двуокись углерода.[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.

Качественный

Две наиболее распространенные проблемы качества в GMAW: окалина и пористость. Если их не контролировать, они могут привести к более слабому, меньшему пластичный сварные швы. 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 его более высокого теплопроводность, 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

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. Интенсивный ультрафиолетовая радиация дуги может вызвать солнечные ожоги незащищенных участков кожи, а также состояние, известное как дуга глаз, воспаление роговица, или в случае длительного воздействия необратимое повреждение глаз сетчатка. Обычная сварка шлемы содержат темные лицевые пластины, чтобы предотвратить это воздействие. Новые конструкции шлемов имеют жидкокристаллический Лицевая панель самозатемняющаяся под действием дуги. Прозрачные сварочные завесы из поливинил хлорид пластиковая пленка часто используется для защиты находящихся поблизости рабочих и посторонних от воздействия дуги.[40]

Сварщики часто подвергаются воздействию вредных газов и переносимых по воздуху частицы иметь значение. GMAW производит дым, содержащий частицы различных типов оксиды, а размер частиц имеет тенденцию влиять на токсичность дыма. Более мелкие частицы представляют большую опасность. Концентрации углекислый газ и озон может оказаться опасным при недостаточной вентиляции. Другие меры предосторожности включают хранение горючих материалов вдали от рабочего места и наличие рабочего огнетушитель рядом.[41]

Режимы переноса металла

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]

Шаровидный

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. Изначально 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 того, как сварочный шов выполняется, шарик из 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 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

Дальнейшие разработки в области сварки стали с помощью GMAW привели к варианту, 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 быстро возобновляется после поверхностное натяжение 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

Для тонких материалов Перенос холодного металла (CMT) используется путем уменьшения тока при регистрации короткого замыкания, производя много падений в секунду. CMT можно использовать для алюминия.

Спрей

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 сварного 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]

Импульсный спрей

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 с короткой дугой этот метод имеет несколько более низкую 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, 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 заготовок, а также цветных металлов.[20][54][55][56]

Сравнение с дуговой сваркой порошковой проволокой

Основная статья: Порошковая сварка

Порошковая, самозащитный или же безгазовый сварка с подачей проволоки была разработана для простоты и портативности.[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 DC Electrode Positive, превращает сварочную проволоку в положительно заряженную анод, которая является более горячей стороной дуги.[58] При условии, что он может переключаться с DCEN на DCEP, для порошковой проволоки можно также 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 осаждаться 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Андерс 2003, стр. 1060–9
  2. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 7
  3. ^ Кэри и Хелцер 2005, стр. 8–9
  4. ^ Джеффус 1997, п. 6
  5. ^ Калпакчян и Шмид 2001, п. 783
  6. ^ Дэвис 2003, п. 174
  7. ^ Джеффус 1997, п. 264
  8. ^ Дэвис 2003, п. 118
  9. ^ Дэвис 2003, п. 253
  10. ^ Miller Electric Mfg Co 2012, п. 5
  11. ^ Надзам 1997, стр. 5–6
  12. ^ Надзам 1997, п. 6
  13. ^ а б Кэри и Хелцер 2005, стр. 123–5
  14. ^ Тодд, Аллен и Элтинг, 1994 г. С. 351–355.
  15. ^ Надзам 1997, п. 1
  16. ^ Кэри и Хелцер 2005, стр. 118–9
  17. ^ Надзам 1997, п. 15
  18. ^ Крейг 1991, п. 22
  19. ^ Крейг 1991, п. 105
  20. ^ а б c d Кэри и Хелцер 2005, п. 121
  21. ^ а б c Кэри и Хелцер 2005, стр. 357–9.
  22. ^ Крейг 1991, п. 96
  23. ^ Крейг 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 3D с металлом дома «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2016-08-16. Получено 2016-08-16.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  26. ^ Джеральд К. Анзалоне, Ченлонг Чжан, Бас Вейнен, Пол Г. Сандерс и Джошуа М. Пирс "Недорогая трехмерная печать на металле с открытым исходным кодом " Доступ IEEE, 1, pp.803-810, (2013). DOI: 10.1109 / ACCESS.2013.2293018
  27. ^ Юеньонг Нильсиам, Амберли Хазельхун, Бас Вейнен, Пол Сандерс и Джошуа М. Пирс. Интегрированный мониторинг напряжения и тока и управление газомодуговой сваркой металла Магнитный шарнирный 3-D принтер с открытым исходным кодом.Машины 3(4), 339-351 (2015). DOI: 10.3390 / machines3040339
  28. ^ Эмберли С. Хазелхун, Майкл В. Бур, Бас Вейнен, Пол Г. Сандерс, Джошуа М. Пирс, Взаимосвязь структуры и свойств обычных алюминиевых сварочных сплавов, используемых в качестве сырья для трехмерной печати на металле на основе GMAW. Материаловедение и инженерия: A, 6732016. С. 511–523. DOI: 10.1016 / j.msea.2016.07.099
  29. ^ Амберли С. Хазелхун, Бас Вейнен, Джеральд К. Анзалоне, Пол Г. Сандерс, Джошуа М. Пирс, Формирование на месте механизмов отделения подложки для трехмерной печати на металле газовой дуговой сваркой. Журнал технологий обработки материалов. 226. С. 50–59 (2015).
  30. ^ Эмберли С. Хазелхун, Эли Дж. Гудинг, Александра Г. Гловер, Джеральд К. Анзалоне, Бас Вейнен, Пол Г. Сандерс, Джошуа М. Пирс. Механизмы отделения подложки 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. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 126
  32. ^ Крейг 1991, п. 29
  33. ^ Крейг 1991, п. 52
  34. ^ Крейг 1991, п. 109
  35. ^ Крейг 1991, п. 141
  36. ^ «Переменные, влияющие на проплавление сварного шва». Линкольн Электрик. Получено 20 августа, 2018.
  37. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 125
  38. ^ Линкольн Электрик 1994, 9.3-5 – 9.3-6
  39. ^ Линкольн Электрик 1994, 9.3-1 – 9.3-2
  40. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 42
  41. ^ Кэри и Хелцер 2005, стр. 52–62
  42. ^ Американское сварочное общество 2004 г., п. 150
  43. ^ а б Кэри и Хелцер 2005, п. 117
  44. ^ Weman 2003, п. 50
  45. ^ Miller Electric Mfg Co 2012, п. 14
  46. ^ Надзам 1997, п. 8
  47. ^ Крейг 1991, п. 11
  48. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 98
  49. ^ Weman 2003, стр. 49–50
  50. ^ Крейг 1991, п. 82
  51. ^ Крейг 1991, п. 90
  52. ^ Крейг 1991, п. 98
  53. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 96
  54. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 99
  55. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 118
  56. ^ Американское сварочное общество 2004 г., п. 154
  57. ^ а б Грег Хольстер. "Безгазовая сварка проволокой - одно дело" (PDF). С. 64–68.
  58. ^ «Сварочная металлургия: физика дуги и поведение сварочной ванны» (PDF). Canteach.
  59. ^ а б c «Как сваривать порошковой проволокой». Сварка MIG - Руководство DIY.
  60. ^ «Газовая и безгазовая сварка Mig, в чем разница». Склад сварщика. 4 октября 2014 г.

Библиография

дальнейшее чтение

  • 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). Сварные соединения. 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 г. ISBN  978-0-87170-780-2.

внешняя ссылка