Сварки в углекислом газе осуществляется плавящимся электродом. Дуга, металл сварочной ванны, плавящийся электрод и кристаллизующийся шов защищены от воздействия воздуха углекислым газом, подаваемым в зону сварки горелкой.

Рис. 6.1. Схема сварки в углекислом газе

Под действием теплоты сварочной дуги углекислый газ диссоциирует с образованием атомарного кислорода по реакции:

СО₂↔СО+О; СО↔С+О

    Атомарный кислород окисляет железо и легирующие элементы, содержащиеся в стали      

Fe(Me)+O→FeO (Ме_mО_n)

    В результате этого металл сварочной ванны насыщается кислородом, а его свойства ухудшаются. При охлаждении расплавленного металла углерод, содержащийся в стали, окисляясь, способствует образованию окиси углерода по реакциям:

С+О→СО; FeO+C→Fe+CO

Образующийся при кристаллизации металла шва углекислый газ выделяется в виде пузырьков, часть из которых, не успевая покинуть металл сварочной ванны, остается в металле шва, образуя поры.

    В том случае, если сварочная проволока легирована кремнием и марганцем, окислы железа раскисляются не за счет углерода, а в основном за счет этих элементов, в результате чего предотвращается образование окиси углерода и образование пор. Разложение окислов железа идет по реакциям:

[FeO]+[Si; Mn]→[Fe]+[SiO₂; MnO]

    Окислы SiO₂ и MnO в виде шлака скапливаются на поверхности сварочной ванны, а после её кристаллизации - на поверхности металла шва.

Кромки свариваемого изделия расплавляются дугой, горящей между изделием и плавящейся электродной проволокой, непрерывно поступающей

в дугу и служащей одновременно присадочным материалом. Дуга расплавляет проволоку и кромки изделия, образуя сварочную ванну. Дуга,

металл сварочной ванны, плавящийся электрод и кристаллизующийся шов защищены от воздействия воздуха газом, подаваемым в зону сварки горелкой. По мере перемещения дуги сварочная ванна кристаллизуется, образуя сварной шов .

Изменение состава защитного газа в зоне сварки в результате термической диссоциации углекислого газа:

СО₂ ↔ СО + 0,5О₂

без учета его разбавления парами и газами, выделяющимися из металла, приведено на рисунке 3.2.

Рис.6.2. Изменение состава газа в реакционной зоне в результате диссоциации углекислого газа

6.2. Выбор параметров режима сварки                                                               Основными параметрами режимов механизированных процессов дуговой сварки в защитных газах являются:

- диаметр электродной проволоки – d_э;

- вылет электродной проволоки -l_э;

- скорость подачи электродной проволоки - Vп.п;

- сила тока – Iсв;

- напряжение дуги – Uд;

- скорость сварки – Vсв;

- удельный расход СО₂.

Сварку обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности. Иногда возможна сварка на переменном токе. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4-1,6 раза выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно, с интенсивным разбрызгиванием.                              Диаметр сварочной проволоки d ₃ выбирается в зависимости от толщины свариваемых заготовок d :

Увеличение диаметра электродной проволоки (при равных условиях) сопровождается существенным уменьшением коэффициента наплавки, некоторым увеличением ширины шва и уменьшением глубины проплавления основного металла. Больший диаметр проволоки ( D_пров ,мм) требует увеличения сварочного тока (рис.3.3).

Рис.6.3. Зависимость необходимого сварочного тока от диаметра проволоки при сварке в углекислом газе

Сварочный ток оказывает большое влияние на процесс сварки. Повышение силы тока вызывает увеличение глубины проплавления (рис. 3.4). При этом количество наплавленного металла возрастает медленнее, чем проплавление. Следовательно, и доля электродного металла в металле шва существенно уменьшается, что значительно увеличивает возможность появления горячих трещин в металле швов, выполненных на сталях с повышенным содержанием углерода. Ширина шва с повышением силы тока сначала увеличивается, а затем несколько уменьшается. Оптимальные режимы сварки соответствуют максимальной ширине шва. Ток регулируют скоростью подачи сварочной проволоки.

Рис.6.4. Влияние сварочного тока 100 А (а) и 200А (б) на глубину проплавления

С ростом напряжения на дуге глубина проплавления уменьшается, а ширина шва и разбрызгивание металла увеличиваются (рис. 3.5). Ухудшается газовая защита, образуются поры. Напряжение на дуге устанавливают в зависимости от выбранного сварочного тока и регулируют положением вольтамперной характеристики, изменяя напряжение холостого хода источника питания.

Рис. 6.5. Влияние наряжения на дуге 16 В (а) и 40 В (б) на процесс сварки

     Скорость подачи электродной проволоки связана со сварочным током.Электродную проволоку устанавливают так, чтобы процесс сварки происходил стабильно, без коротких замыканий и обрывов дуги.

Скорость сварки налаживают в зависимости от толщины свариваемого металла с учётом качественного формирования шва. Металл большой толщины сваривают узкими швами с высокой скоростью.

Медленная сварка способствует разрастанию сварочной ванны и повышает вероятность образования пор в металле шва. При чрезмерной скорости сварки могут окислиться конец проволоки и металл шва.

Качество сварных швов зависит от чистоты СО2, его расхода и характера истечения из сопла инструмента. Защитный газ должен истекать из сопла под небольшим давлением (0,01-0,03 МПа), обеспечивающим ламинарный (спокойный) характер истечения. Такое важное требование выполняется, если расход газа составляет ~ 8-12 л/мин при диаметре электродной проволоки 0,8-1,2 мм. Турбулентный характер истечения газового потока ухудшает качество защиты сварочной зоны вследствие возможного подсоса воздуха в эту зону.

Вылет электрода -это расстояние от точки токоподвода до торца сварочной проволоки (рис.3. 6).

С увеличением вылета ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, интенсивнее разбрызгивается металл. Малый вылет затрудняет процесс сварки, вызывает подгорание газового сопла и токоподводящего наконечника.

Рис. 6.6. Схема сварочной горелки

В таблице 3.1. показана зависимость вылета электрода от его диаметра:

Таблица 3.1 - Зависимость вылета электрода от его диаметра

Металл толщиной от 0,8 до 4 мм рекомендуется сваривать без разделки кромок в сборочно-сварочных приспособлениях на съѐмных медных или нержавеющих подкладках, либо остающихся подкладках.

При сварке в углекислом газе для предупреждения появления дефектов в виде небольших несплавлений не рекомендуется перемещать конец электрода «змейкой». Повышенная склонность к локальным несплавлениям при полуавтоматической сварке в углекислом газе по сравнению с ручной сваркой и сваркой в аргоне объясняется меньшими при сварке в углекислом газе размерами столба дуги и электродных пятен, что может приводить к натеканию жидкого металла на твѐрдый металл без предварительной обработки последнего сварочной дугой.