ПОЛУАВТОМАТ�ЧЕСКАЯ СВАРКА В СРЕДЕ ЗАЩ�ТНЫХ ГАЗОВ

Характерными особенностями последнего способа являются механизированная подача присадочного материала (например, проволоки) в зону сварки и защита сварочной ванны слоем газа (аргоном, гелием, СО2). �з-за значительно меньшей стоимости защитного газа наиболее широко применяется полуавтоматическая сварка в среде СО2. Полуавтоматическая сварка в среде СО2 (MIG-сварка) — относительно новый вид сварки, активно развивающийся последние 20–25 лет. Ошибочно считается, что полуавтоматическая сварка в среде СО2 предназначена только для сварки тонколистовых конструкций из низкоуглеродистой стали (например, кузовов автомобилей в авторемонтных мастерских). Действительно, в авторемонте широко применяются маломощные (как правило, однофазные) полуавтоматы, однако реальный диапазон применения полуавтоматической сварки в среде СО2 значительно шире. С ее помощью сваривают металлоконструкции толщиной до 25–30 мм (как и в случае сварки штучным электродом, сварка толстых заготовок производится только после разделки кромок), выполненные из низкоуглеродистых, легированных и жаропрочных сталей (для сварки легированных и жаропрочных сталей используется смесь СО2 и аргона или гелия в соотношении 1:4). Сварка может вестись в любых пространственных положениях. Сущность этого вида сварки заключается в том, что электродная проволока (для защиты от коррозии ее часто покрывают тонким слоем меди) 0,6–3,0 мм с повышенным содержанием кремния и марганца подается с постоянной скоростью в зону сварки; одновременно в эту же зону поступает углекислый газ, который обеспечивает защиту расплавленного или нагретого электродного и основного металлов от вредного воздействия окружающего воздуха. Защитный газ (углекислота) при этом подается от баллона через редуктор. Поскольку защита сварочной ванны обеспечивается газовой средой (а не расплавленным веществом обмазки электрода, как при использовании штучного электрода), сварщик может наблюдать и контролировать весь процесс формирования шва. Кроме того, что полуавтоматическая сварка обеспечивает высокое качество шва, значительно облегчается поджиг дуги, резко возрастает удобство и скорость (т. е. эффективность) работы — сварщик избавлен от необходимости смены электродов и зачистки швов от шлака. К преимуществам можно также отнести значительное снижение вредных выбросов (аэрозолей и дымов) в атмосферу, что улучшает условия труда и упрощает вентиляцию рабочего места. Однако применение газовой защиты не позволяет производить сварочные работы на ветру и сквозняках, т. е. в условиях, где поток воздуха может сдуть газовую защиту. Это обстоятельство, а также «привязка» к газовому баллону, несколько сужают область применения полуавтоматической сварки в среде СО2 в строительстве, однако в стационарных условиях заготовительного производства этому виду сварки составить конкуренцию ни один другой вид сварки не сможет. Например, полуавтоматическая сварка исключительно эффективна при стационарном изготовлении конструкций с большим количеством швов малой длины — решеток, перил, дверей, ворот, заборов, ограждений и т. п. В этом случае при переходе от сварки штучным электродом к полуавтоматической сварке производительность повышается в 2–4 раза. Так же повышается производительность труда сварщика при сварке деталей больших толщин и за счет экономии времени, обычно затрачиваемого на смену штучных электродов и зачистку шлака в случае ведения сварки в несколько проходов. Сварку в углекислом газе выполняют на постоянном токе обратной полярности (т. е. свариваемая конструкция подключена к отрицательной клемме источника питания). Диаметр электродной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемых заготовок, типа соединения, положения шва в пространстве; в специальной литературе приведены таблицы, определяющие режимы сварки; чаще всего применяется электродная омедненная проволока Св-08Г2С 1,0–1,4 мм в катушках по 15 кг. Необходимо особо отметить, что на качество сварного шва, кроме очевидных факторов — качества источника питания, проволоки, опыта сварщика и т. п., влияет также качество защитного газа. Например, повышенное содержание в углекислом газе азота и водорода, а также влаги приводит к порообразованию в металле шва. По этой причине в качестве защитного газа не рекомендуется использовать пищевую углекислоту в баллонах. �сточник питания для полуавтоматической сварки в среде СО2 — т. н. полуавтомат — представляет собой выпрямитель, оснащенный системой управления с газовым клапаном и механизмом подачи проволоки. Чаще всего все эти элементы объединены в одном корпусе, однако для мощных полуавтоматов механизм подачи проволоки нередко выполняется отдельным блоком (т.н. выносной подающий механизм). �ногда, когда сварка ведется на токах более 400 А, полуавтомат содержит систему принудительного жидкостного охлаждения. Одним из основных элементов, обеспечивающих качество и производительность MIG-сварки, является подающий механизм. Существуют два основных типа подающих механизмов — роликовый и планетарный, промышленные образцы которого начинают появляться в последнее время. Конструкции подающих механизмов наиболее распространенного (98% от общего кол-ва подающих механизмов) роликового типа могут существенно различаться, однако всегда содержат два основных элемента — приводной ролик (как правило, с канавкой), который, вращаясь, передает движение электродной проволоке, и ответный ролик (его роль часто выполняет шарикоподшипник), прижимающий проволоку к приводному ролику при помощи пружины (рис. 1). Усилие прижатия может регулироваться винтом. Двухроликовый тип подающего механизма рассчитан на протяжку проволоки диам. от 0,6 до 1,2 мм и приводится в движение от электродвигателя мощностью 25–65 Вт. Более сложные подающие механизмы могут работать с проволокой диам. от 0,6 до 1,6 мм. Они имеют четырехроликовую конструкцию, при этом все четыре ролика связаны шестеренками и являются ведущими (рис. 2). Мощность двигателей, приводящих в движение такие подающие механизмы, — от 40 до 120 Вт. Длина шланга сварочной горелки не превышает 5 м, поэтому при сварке протяженных конструкций бывает удобен выносной подающий механизм, переносимый сварщиком. В этом случае источник питания и газовый баллон соединены с подающим механизмом посредством электрического кабеля и газового рукава и могут не менять свое месторасположение; сварщик, переходя от одного места сварки к другому, будет переносить с собой только подающий механизм с катушкой проволоки и горелку. Некоторые модели полуавтоматов имеют дистанционные пульты управления, позволяющие осуществлять основные регулировки прямо с места сварки. �сполнительным органом является полуавтоматическая горелка (рис. 3), соединенная с источником питания гибким шлангом (6) длиной 2–5 м и оснащенная, как правило, разъемом (7). �з пистолетного вида рукоятки (1) удобной эргономической формы выходит направляющая трубка (2), изогнутая под рациональным углом. Электродная проволока, получив поступательное движение от вращающегося ролика, движется по направляющему спиральному каналу (8) и, пройдя через токоподводящий мундштук (4) с калиброванным отверстием, попадает в зону сварки. Защитный газ (СО2 или его смесь с Аr или Не) через открытый газовый клапан источника питания проходит по шлангу (6) и попадает через газораспределитель (3) и сопло (5) в зону сварки. Требования, которые предъявляются к сварочным полуавтоматическим горелкам, как и к любому инструменту, высоки. Профессиональная горелка должна быть относительно легкой, обязательно — удобной, долговечной, с гибким шлангом минимального диаметра и разъемом. Для высокопроизводительной работы ее конструкция должна предполагать быструю и удобную смену расходных элементов (сопел и мундштуков). Всеми вышеперечисленными качествами обладают профессиональные (и достаточно дорогие) модели горелок ряда немецких и итальянских фирм (TBI, Abicor Binzel — Германия; Trafimet — �талия), представленных на российском сварочном рынке (например, АО «Спецэлектромаш» является дилером фирмы TBI в Санкт-Петербурге). Хорошие сварочные горелки производит АО «Метон» (Санкт-Петербург); они отличаются простотой и надежностью. Техника полуавтоматической сварки проста. Первоначально сварщик, зная толщину свариваемых деталей и диаметр проволоки, задает величину сварочного тока. Затем он направляет сопло горелки в зону предполагаемой сварки (расстояние до изделия должно быть 10–20 мм) и указательным пальцем нажимает на клавишу микропереключателя. Включается система управления, которая подает напряжение на сварочную проволоку, открывает подачу защитного газа и включает подающий механизм. Электродная проволока, уже находящаяся под напряжением, касается изделия; происходит электроискровой разряд, который затем переходит в дугу. При наложении первого шва обычно требуется отрегулировать скорость подачи проволоки и добиться устойчивого горения дуги. Формируя шов, сварщик совершает колебательные движения горелкой; для окончания сварки ему достаточно просто отпустить клавишу микропереключателя. Описанный выше рабочий цикл является наиболее простым. Мощные трехфазные полуавтоматы и в особенности инверторы позволяют задавать значительно более сложные циклы, которые дают возможность плавно наращивать силу сварочного тока в момент начала сварки и снижать ее к моменту окончания, включать подачу защитного газа до начала сварки (т. н. режим «продувки»), регулировать интервал времени, в течение которого защитный газ продолжает проходить к зоне сварки после отключения электрической дуги и т. д. Кроме того, сложные системы управления по схеме обратной связи корректируют (уменьшают или увеличивают) при необходимости скорость подачи электродной проволоки, позволяя значительно улучшить качество сварного шва и снизить требования к квалификации сварщика. В процессе полуавтоматической сварки очень важно обеспечить равномерную подачу проволоки. Неправильно выбранное усилие прижатия проволоки, изношенный токоподводящий мундштук, передавленный или сильно изогнутый направляющий спиральный канал, грязная или мятая электродная проволока, изношенные или грязные ролики подающего механизма — все эти ошибки могут являться причиной повышенного разбрызгивания металла, нестабильного качества шва и, как следствие, снижают производительность сварочной операции в целом. Необходимо также следить за точным соответствием диаметров отверстия в направляющем спиральном канале горелки, токоподводящего мундштука и применяемой электродной проволоки. Следует контролировать состояние сопла и мундштука, т. к. в процессе работы на них налипают мелкие брызги металла, которые, однако, достаточно легко удаляются. Для облегчения снятия налипших частиц существуют специальные жидкости в аэрозольных баллончиках. Если же налипающие частицы металла не удалять вовремя, то может произойти перераспределение газового потока, а недостаточное количество защитного газа неизбежно вызывает образование в сварочном шве пор. Сварщику, работающему на полуавтомате, необходимо найти и поддерживать оптимальное расстояние между торцом токоподводящего мундштука и поверхностью металла — чем меньше расстояние, тем стабильнее горит дуга, но при этом затруднено наблюдение за процессом сварки и чаще приходится чистить сопло и мундштук. С увеличением расстояния ухудшается устойчивость горения дуги и повышается разбрызгивание металла, шов становится неаккуратным. Сварочные полуавтоматические горелки различаются по мощности. Для сварки тонколистовых конструкций толщиной до 8–10 мм на токах до 250–350 А применяются горелки с естественным охлаждением. Для полуавтоматической сварки на токах 350–500 А используются горелки с принудительным водяным охлаждением. В этом случае внутри шланга проходят гибкие полихлорвиниловые трубки, а источник питания комплектуется компактной водоохлаждающей системой с насосом. Очевидно, что масса и стоимость горелки с водяным охлаждением превышают аналогичные показатели горелок с естественным охлаждением, поэтому, выбирая оборудование, необходимо иметь четкое представление о том, какую конкретно задачу оно должно выполнять. Если предполагается, что один и тот же источник питания будет выполнять сварку и больших, и малых толщин, целесообразно укомплектовать его двумя-тремя горелками разной мощности. Существуют также горелки, обеспечивающие отсос вредных дымов и газов непосредственно в момент сварки (например, горелка TBI 240 Е фирмы TBI — Германия). Такие горелки эффективно применять в условиях замкнутых и ограниченных пространств. Вообще, проблема правильного выбора сварочного оборудования весьма актуальна. Отечественные предприятия (АО «Линкор» — Ставрополь; АО «Электрик», АО «Спецэлектромаш» — Санкт-Петербург; АО «Коруна» — Псков и др.) выпускают широкий спектр полуавтоматов, однако большинство из них — однофазные и предназначены только для сварки стальных конструкций толщиной 0,5– 4 мм. Трехфазные же полуавтоматы обеспечивают более высокое качество шва, рассчитаны на больший сварочный ток и, что очень важно, предназначены для интенсивной, более длительной работы. Кроме того, важно понимать, в каких условиях сварочная техника будет эксплуатироваться. При выборе сварочного оборудования важно идти «от задачи», т. е. четко представлять — какие толщины, какого металла будут свариваться и какой протяженности швы для этого потребуются. Кроме того, выбранное оборудование должно попадать в желаемый ценовой диапазон и необходимое климатическое исполнение. Только корректность в постановке задачи позволит достичь оптимального технико-экономического эффекта.