Справочное руководство по ручной сварке стержневыми электродами EWM - часть 19

 

Dr. Günter-Henle-Str. 8  D-56271 Mündersbach/Ww., Germany

 

www.ewm.de 

 

18 10.02

 

Арт. №: WM022208_2.doc 

 

7.1

 

7.2

 

7.3

 

Нелегированная и низколегированная сталь 
Эти  стали  можно  соединять  всеми  методами 

сварки плавлением. При выборе метода сварки 
чаще 

руководствуются 

экономическими 

соображениями,  чем  качеством.  Поэтому 
сварка ВИГ, отличающаяся низкой мощностью, 

не часто применяется для сварки этих сталей. 
Исключением  является  сварка  корня  шва.  При 

толщине  стенки  более 6 мм  сваркой  ВИГ 
заваривается  только  корень  шва,  а  остальные 

операции  выполняются  методами  сварки 
большей  мощности.  Вторым  исключением 

является 

сварка 

трубопроводов 

малых 

диаметров.  Для  таких  случаев  нет  ничего 

лучшего, чем сварка ВИГ.  
Особенность состоит в том, что может начаться 

порообразование, например, в нелегированной 
трубной  стали  (например, P235), которая 

содержит  мало  кремния,  а  также  при 
приваривании  таких  труб  к  основанию  котла. 

Порообразование  может  начаться  у  сталей 
глубокой 

вытяжки, 

успокоенных 

только 

алюминием, если сварка выполняется с малым 
количеством  присадочного  материала.  Из-за 

поглощения  кислорода  из  атмосферы,  чего 
нельзя полностью избежать даже при сварке в 

среде  защитного  газа,  металл  шва  становится 
неспокойным, и из-за образования монооксида 

угля  в  металле  шва  могут  образоваться  поры. 

Для  устранения  порообразования  вносят  как 
можно 

больше 

кремний-магниевого 

присадочного  материала,  благодаря  чему 
кислород соединяется без вреда для шва. 

Аустенитные хромоникелевые стали 
Этот материал особенно хорошо подходит для 
сварки  ВИГ,  поскольку  благодаря  хорошей 

вязкости  металла  шва  образуются  хорошо 
подогнанные  гладкие  верхние  валики  шва  и 

плоская нижняя сторона корня шва. 
В 

результате 

относительно 

небольшой 

скорости 

сварки 

ВИГ 

и 

низкой 

теплопроводимости  хромоникелевых  сталей 

при  малой  толщине  стенки  легко  достигается 
перегрев.  Из-за  этого  могут  образоваться 

горячие 

трещины, 

которые 

снижают 

коррозионную  стойкость.  Перегрева  при 

необходимости 

можно 

избежать, 

если 

использовать  перерывы  на  охлаждение  или 
охлаждение  самого  изделия.  Охлаждение 

будет  также  способствовать  уменьшению 
коробления, 

которое 

из-за 

высокого 

коэффициента  расширения  у  хромоникелевых 
сталей больше, чем у нелегированных сталей. 
У  конструкций,  подвергающихся  впоследствии 
коррозионному  воздействию,  после  сварки  с 

поверхности  шва  и  с  обоих  краeв  основного 
материала  необходимо  при  помощи  щeтки, 

излучения,  шлифовки  или  лeгкого  травления 
удалить  оставшуюся  оксидную  пленку  и 

побежалость.  Только  после  этого  конструкции 
пригодны  к  дальнейшей  эксплуатации.  В 

противном случае оксидные плeнки приведут к 
сильному  коррозионному  разрушению.  Это 

также относится к сварке труб, где необходимо 
очистить  обе  стороны  корня  шва.  Поскольку 

механическую  обработку  произвести  очень 
трудно,  то  рекомендуется  предотвращать 

окисление при помощи формовки – см. раздел 
3.4 Формовка. 

Алюминий и алюминиевые сплавы 
Для  сварки  материалов  из  алюминия,  за 
исключением  случаев,  описанных  ниже, 

применяется переменный ток. Это необходимо 
для  устранения  на  расплаве  тугоплавкой 

оксидной  плeнки.  Точка  плавления  оксида 

Reinigung durch
kinetische Energie

Ionen

Elektronen

Elektronen

Ionen

keine Reinigung

Al

Al

Al  O

2

3

Al  O

2

3

Elektrode am Pluspol

Elektrode am Minuspol

 

Рис. 25 Иллюстрация очищающего эффекта 

 

При  этом  основной  материал,  например, 
чистый  алюминий,  плавится  уже  при 

температуре 650 °C. Алюминий  имеет  такое 
большое  химическое  сродство  с  кислородом, 

что,  если  поверхность  основного  материала 
перед  сваркой  очистить  щeткой  или  скребком 

от  окиси,  то  на  поверхности  расплава  очень 
скоро  вновь  образуется  оксидная  плeнка.  Эта 

плeнка  из-за  высокой  точки  плавления  лишь 
частично  расплавляется  под  электрической 

дугой  Таким  образом,  если  бы  сварка 
осуществлялась 

постоянным 

током 

(отрицательный  полюс),  то  большая  часть 
поверхности  покрывалась  бы  прочным  слоем 

оксида  алюминия.  Это  делает  невозможным 
наблюдение  за  расплавом  и  затрудняет 

внесение  присадочного  материала.  Конечно, 
оксидный слой можно было бы устранить путем 

использования  флюсующих  добавок,  как  это 
происходит  при  пайке,  но  это  означало  бы  и 

дополнительные расходы. 
При  сварке  переменным  током  открывается 

возможность  разрушить  и  устранить  оксидный 
слой  при  помощи  носителей  заряда  в 

электрической дуге. Для этого подходят только 
ионы,  поскольку  электроны  из-за  своей  малой 

массы  не  обладают  достаточной  для  такого 
процесса  кинетической  энергией.  На    Рис. 25 

показан 

поток 

носителей 

заряда 

в 

электрической дуге. 
Когда  отрицательный  полюс  находится  на 
электроде,  электроны  перемещаются  от 

электрода 

к 

изделию, 

а 

остаточные  ионы  от  изделия  к  электроду.  При 

такой  полярности  невозможен  очищающий 
эффект.  При  обратной  полярности  более 

тяжeлые  ионы  попадают  на  поверхность 
изделия.  За  счeт  своей  кинетической  энергии 

они  могут  разрушить  и  устранить  оксидный 
слой. 

© 2002 EWM HIGHTEC WELDING GmbH

 

Dr. Günter-Henle-Str. 8  D-56271 Mündersbach/Ww., Germany

 

www.ewm.de 

 

19 10.02

 

Арт. №: WM022208_2.doc 

 

Если  бы  сварка  выполнялась  на  горячем 
положительном  полюсе,  то  у  электрода  была 

бы  очень  низкая  токонагрузочная  способность. 
Поэтому данный вариант сварки ВИГ применим 

только  для  сварки  очень  тонких  алюминиевых 
конструкций  (с  толщиной  стенки  до 2,5 мм). 

Компромиссное 

решение 

предлагает 

переменный ток. Когда на электроде находится 

позитивная  полуволна,  возникает  очищающий 
эффект.  Следующая  за  ней  негативная 

полуволна снова охлаждает электрод. Поэтому 

говорят  об  очищающей  и  охлаждающей 

полуволнах.  Токонагрузочная  способность  при 
сварке  переменным  током  меньше,  чем  при 

сварке  постоянным  током  на  отрицательном 
полюсе.  Но  она  значительно  выше,  чем  при 

сварке  на  положительном  полюсе – см.  также 
Таблица  1.  Это  показывает,  что  для 

достаточного  очищающего  эффекта  совсем  не 
нужно  целой  позитивной  полуволны,  а 

достаточно 20 или 30% . Именно  это 
используется  в  современных  источниках  тока 

для сварки ВИГ. Они производят искусственный 
прямоугольный  переменный  ток,  в  котором  с 

помощью  быстро  реагирующих  выключателей 
(транзисторов)  на  электрод  попеременно 

переключается 

положительный 

и 

отрицательный  полюс  источника  постоянного 

тока.  При  этом  баланс  отношения  обоих 
полуволн может изменяться, например, от 20 % 

положительной/80 % отрицательной  до 80 % 
положительной/20 % отрицательной (Рис. 26). 
Меньшая  фаза  положительного  полюса 
обеспечивает  более  высокую  токонагрузочную 

способность  электрода,  а  при  одинаковой 
установке  тока – большую  стойкость.  В  таких 

так  называемых  «прямоугольных  источниках» 
может 

часто 

изменяться 

и 

частота 

искусственного переменного тока, например, от 
50  до 300 Гц.  Повышение  частоты 

способствует сохранению электрода. 
Прямоугольный искусственный переменный ток 

обладает 

и 

другими 

преимуществами. 

Поскольку  ток  при  смене  полярности  имеет 

очень  крутую  характеристику,  то  время 
запаздывания  дуги  при  прохождении  через 

ноль 

значительно 

короче, 

чем 

при 

синусоидальной 

форме 

тока. 

Поэтому 

происходит  более  надeжное  зажигание,  даже 
без  использования  приспособления  для 

зажигания,  а  электрическая  дуга  в  целом 
стабильнее.  При  этом  повторные  зажигания 

дуги  сопровождаются  сильным  гудением. 
Современные  источники  тока  для  сварки  ВИГ 

позволяют  выполнять  сварку  постоянным 

током, 

а 

также 

синусоидальным 

и 

прямоугольным переменным током, Рис. 27. 

100A

100A

+

Strom

-

80%

80%

50%

50%

20%

20%

 

Рис. 26 Варианты настройки баланса полуволн при 

прямоугольном переменном токе 

 

немного 

повреждается. 

Сварка 

ВИГ 

постоянным током на отрицательном полюсе в 

среде  гелия  благодаря  лучшему  проварy 
применяется,  в  первую  очередь,  при 

ремонтных  сварках  литых  деталей  из 
алюминиево-кремниевых сплавов. 

© 2002 EWM HIGHTEC WELDING GmbH

 

Dr. Günter-Henle-Str. 8  D-56271 Mündersbach/Ww., Germany

 

www.ewm.de 

 

20 10.02

 

Арт. №: WM022208_2.doc 

 

7.4

 

 

Следующей  особенностью  сварки  такого 
материала,  как  алюминий,  является  его 

чувствительность  к  порообразованию  при 
поглощении  водорода.  Тут  ситуация  намного 

критичнее,  чем  при  сварке  стали.  Тогда  как 
сталь  при  переходе  из  жидкого  в  твeрдое 

состояние  ещe  обладает  способностью 
растворять  в  себе  водород  в  объeме 8 см

3

  на 

100  г  металла  шва,  то  алюминий  в  твeрдом 
состоянии  практически  не  обладает  такой 

способностью.  Это  значит,  что  весь  водород, 
который  поглощается  при  сварке,  должен 

покинуть  металл  шва  до  того,  как  тот 
затвердеет. В противном случае в металле шва 

образуются поры. 
Источниками  водорода  при  сварке  ВИГ 

алюминия,  в  первую  очередь,  могут  быть 
оксидные плeнки на основном материале. Они 

связывают  влагу,  и  поэтому  их  надо  удалить 

перед  сваркой  щeткой  или  скребком.  С  другой 

стороны,  дуга  спокойнее,  если  на  поверхности 
находится  оксидная  плeнка,  так  как  она  легче 

испускает  электроны,  чем  чистый  металл. 
Поэтому  необходимо  найти  компромисс  между 

стабильной электрической дугой и достаточной 
стойкостью  против  порообразования.  Более 

эффективным  показал  себя  способ,  когда 
перед 

сваркой 

поверхность 

изделия 

основательно  очищается  от  окисей,  но  сварка 
выполняется  только  через  час  или  два,  когда 

образуется  новый  тонкий  оксидный  слой. 
Порообразованию 

способствуют 

также 

оксидная  плeнка  на  поверхности  сварочного 
прутка.  Поэтому  присадочные  материалы  из 

алюминия 

необходимо 

хранить 

очень 

тщательно и не очень долго. 

Медь и медные сплавы 
Сварка  меди  усложняется,  прежде  всего, 
большой  теплопроводностью  меди.  Поэтому 

при  высокой  толщине  материала  необходимо 
подогреть,  как  минимум,  начало  сварочного 

шва.  Далее  эффект  подогрева  развивается 
сварочным теплом, поэтому обширный прогрев 

необходим только при толщине стенки > 5 мм. 
Метод сварки ВИГ позволяет использовать для 

прогрева  саму  дугу,  когда  тепло  вносится  в 
начало  сварочного  шва  вращательными 

движениями удлинeнной дугой. 
Чистая  медь,  а  также  многие  еe  сплавы 

свариваются  постоянным  током  и  электродом 
на  отрицательном  полюсе.  Переменным  током 

свариваются  только  некоторые  сорта  бронзы, 

какие как латунь и алюминиевая бронза.  

7.5

Другие материалы 
Кроме уже описанных материалов, для которых 

применяется  сварка  ВИГ,  необходимо  также 
отметить  никель  и  его  сплавы.  Наиболее 

важными  являются  хромоникелевые  сплавы 
(например,  инконель)  и  медноникелевые 

сплавы  (например,  монель-металл).  Сварка 
ВИГ может также применяться для титана и его 

сплавов.  Для  этих  материалов  лучше  всего 
подходит  постоянный  ток  с  отрицательно 

поляризованным  электродом.  При  сварке 
титана  необходимо,  чтобы  в  среде  защитного 

газа  находилась  не  только  область  сварного 
шва, но и металл на значительном удалении от 

места  сварки,  а  чтобы  избежать  цвета 
побежалости,  необходимо  подавать  защитный 

газ  и  на  обратную  сторону  шва.  Иначе 

Рис. 27 TRITON 220 AC/DC, инверторный сварочный 

аппарат для сварки ВИГ 

 

изделия,  у  толстых  же  материалов  этим 
методом  сваривается  только  корень  шва,  а 

сварка  заполняющего  и  облицовочного  слоeв 
выполняется  более  эффективными  методами. 

Поэтому  согласно  статистике  лишь  2%  от 
общего  количества  выполненных  в  Германии 

сварочных  швов  выполнены  сваркой  ВИГ. 
Такое  состояние  можно  оценить,  как 

неблагоприятное,  так  как  оно  одновременно 
свидетельствует 

о 

большом 

расходе 

присадочного  материала.  При  сварке  ВИГ 
обычно расходуется мало присадки для сварки. 

Поэтому реальная доля данного метода сварки 
должна  быть  выше,  хотя  она  всe  равно  не 

достигнет  доли,  приходящейся  на  ручную 
сварку 

электрической 

дугой, 

которая 

составляет около 7,5%. Несмотря на это сварка 
ВИГ  является  очень  важным  методом  сварки. 

Ёe  преимущества  уже  были  описаны  выше  в 
этой брошюре. 

© 2002 EWM HIGHTEC WELDING GmbH

 

Dr. Günter-Henle-Str. 8  D-56271 Mündersbach/Ww., Germany

 

www.ewm.de 

 

21 10.02

 

Арт. №: WM022208_2.doc 

 

8

 

8.1

 

8.2

 

Отрасли производства 
Сварка  ВИГ  применяется,  в  основном,  в 

производстве 

котлов, 

резервуаров, 

приборостроении 

и 

строительстве 

трубопроводов,  в  авиационно-космической 
промышленности,  а  также  при  изготовлении 

продольно 

сварных 

труб 

из 

высококачественной стали. 
Сварка  ВИГ  широко  применяется  также  в 
инструментальном  производстве,  поскольку 

позволяет  восстанавливать  очень  тонкие 
контуры,  например,  штампов  и  режущих 

инструментов. 

Примеры применения  
На Рис. 29 показано применение ручной сварки 

ВИГ в приборостроении. 

Пример  сварки  хромоникелевой  стали  в 
химической  промышленности  показан  на    Рис. 

30
На  трубопроводах  из  данного  материала 

кольцевые  швы  выполняются  сваркой  ВИГ 
постоянным  током.  Здесь  применяется  более 

эффективный  сварочный  аппарат TRITON 260 
DC  с  номинальным  током 260 А.  При  этом 

метод  сварки  ВИГ  выбран  потому,  что 

 

Рис. 28 Применение PICOTIG 160 HF 

На  корпус  из  нержавеющей  хромоникелевой 

стали (W.-Номер 1.4301) приваривается 
фланец.  Используемый  сварочный  аппарат 

TRITON 160 DC обеспечивает  до 160 А 
постоянного  тока  при  продолжительности 

включения 50 %. 

Рис. 29 TRITON 160 DC, сварка ВИГ в 

аппаратостроении