GMAW: распространенные проблемы и способы решения


Сварка сварка сплошной проволокой в среде защитного газа (GMAW): самые распространенные проблемы и возможные способы решения
Перепечатано с разрешения журнала Practical Welding Today из выпуска за сентябрь-октябрь 1997 года. Авторские права: 1997, The Croydon Group, Ltd., Rockford, IL

 

Точно так же, как автоматическая трансмиссия упростила вождение автомобиля, сварка сплошной проволокой в среде защитных газов (GMAW) упростила процесс сварки. GMAW считается самым легким в освоении и применении методом сварки. Это обусловлено тем, что источник питания для процесса GMAW берет на себя практически всю работу, автоматически регулируя параметры сварки в зависимости от постоянно меняющихся условий работы – точно так же, как это делает электроника автоматической коробки передач.

Благодаря тому, что таким процессом можно пользоваться даже с относительно низким навыком сварки, GMAW позволяет создавать швы приемлемого качества даже операторам с минимальным опытом работы. Однако те же самые операторы попадают в неприятную ситуацию, когда у них получаются некачественные швы и они оказываются неспособны выявить и исправить свои ошибки. Это руководство поможет начинающим операторам научиться создавать высококачественные швы. Оно может оказаться полезным даже для опытных операторов, которые уже работали с процессом GMAW на протяжении нескольких лет.

Самые распространенные проблемы со сваркой делятся на четыре категории:

  1. пористость металла наплавления;
  2. неправильная форма сварного шва;
  3. недостаточное сплавление;
  4. проблемы с подачей проволоки из-за неправильной настройки и обслуживания оборудования.


1. Пористость металла наплавления

Причина возникновения пористости №1: неадекватное состояние поверхности
Самая распространенная причина появления пористости в металле наплавления – это неадекватное состояние поверхности металла. Например, наличие масла, ржавчины, краски или смазки на металле основы может вызвать недостаточное проплавление и тем самым привести к образованию пористости. Процессы сварки с образованием шлака, например, ручная дуговая сварка покрытым электродом (SMAW) или сварка порошковой проволокой (FCAW), более терпимы к загрязнениям, чем GMAW, так как составляющие шлака помогают очистить поверхность металла. В случае сварки GMAW единственной защитой от воздействия окружающего воздуха являются содержащиеся в проволоке химические вещества.


Сварка в среде защитных газов

 

 

 

 

 


 

Возможные способы решения
Для того, чтобы устранить пористость, можно использовать проволоку с содержанием какого-либо раскислителя, например, кремния, марганца или минимального количества алюминия, циркония или титана. Химический состав проволоки можно определить по ее классу согласно Американскому обществу сварки (AWS).

Чтобы подобрать оптимальный состав для какой-либо конкретной задачи, рекомендуется по очереди протестировать все доступные вам типы проволоки. Начать лучше всего с самого распространенного типа проволоки ER70S-3 (Lincoln L50) с содержанием марганца 0,9-1,4% и кремния 0,45-0,75%. Если это не помогло и в полученном металле по-прежнему присутствует пористость, можно перейти к проволоке с еще более высоким содержанием кремния и марганца, например, ER70S-4 (Lincoln L54) или ER70S-6, которая имеет самое высокое содержание кремния (0,8-1,15%) и марганца (1,4-1,8%). Некоторые операторы пользуются проволокой с тройным раскислением, например, ER70S-2 (Lincoln L52), которая, помимо кремния и марганца, также содержит алюминий, цирконий или титан.

Кроме использования другой проволоки с пористостью можно бороться чисткой поверхности шлифмашиной или химическими растворителями (например, обезжиривателем). Однако при использовании растворителей нужно помнить, что возле зоны сварки категорически запрещено использовать хлористые обезжириватели, например, трихлорэтилен, потому что они могут выделять токсичный газ, вступив в химическую реакцию с дугой.

 

Причина возникновения пористости №2: неадекватная газовая защита
Вторая самая распространенная причина появления пористости в металле наплавления – это неадекватная газовая защита. Сварочный процесс GMAW целиком основан на предположении, что поступающий извне защитный газ обеспечит физическую защиту сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха и выступит в роли стабилизатора дуги. Но при возмущении такого облака защитного газа возникает риск атмосферного загрязнения сварочной ванны, что в конечном итоге может привести к появлению пористости.

Возможные способы решения
Расход защитного газа зависит от диаметра проволоки, силы тока, способа переноса металла и скорости ветра. Обычно он составляет примерно 0,8-1,1 куб. м.  в час. Поэтому нужно проверить показания счетчика расхода и убедиться, что газ подается в достаточном количестве. Сегодня на рынке предлагается широкий выбор счетчиков расхода газа от простых циферблатных индикаторов до современных компьютеризированных моделей. Некоторые операторы ошибочно полагают, что все, что им для этого нужно – это регулятор давления. На самом деле он никак не влияет на расход газа.

При использовании 100-процентного защитного углекислого газа вам потребуются особые счетчики, специально предназначенные для углекислого газа. Эти специальные счетчики не подвержены воздействию «изморози», которая может образовываться при переходе углекислого газа из жидкого состояния в газообразное.

При сильном ветре, который может сдуть облако защитного газа над местом сварки, придется установить ветровые экраны. Согласно Кодексу структурной сварки AWS при скорости ветра более 8 км/ч сварки методом GMA лучше избегать. Если сварка происходит в помещении, на газовой защите может сказаться работа систем вентиляции. В таком случае поток воздуха нужно направить в сторону от места сварки. При необходимости в отведении дыма нужно использовать специально предназначенные для этого устройства, например, вытяжные рукава системы вентиляции MAGNUM™ от Lincoln Electric. Они способны обеспечить вытяжку дыма без нарушения облака защитного газа.

Проблемы с пористостью также могут быть вызваны турбулентностью потока газа из горелки. В идеале защитный газ должен ровной завесой покрывать всю сварочную ванну. Турбулентность может быть вызвана слишком сильным напором газа, чрезмерным разбрызгиванием горелки или скоплением брызг в газовом диффузоре.

Отклонения в подаче газа также могут быть вызваны повреждениями горелки, кабелей, газопроводов, шлангов или не до конца закрепленными кабельными соединениями. Из-за таких повреждений может возникнуть так называемый «эффект Вентури», который приводит к всасыванию воздуха через эти отверстия и падению скорости потока.

И наконец, проблемы с газовой защитой могут быть вызваны сваркой углом назад или левым способом сварки. Попробуйте варить углом вперед или правым способом сварки. Таким образом облако газа будет ложиться перед дугой и сможет проникнуть внутрь соединения.

 

Причина возникновения пористости №3: особенности основного металла
Иногда появление пористости может объясняться особенностями состава основного металла. Например, металл основы может иметь повышенное содержание серы.


Сварка в среде защитных газов 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Возможные способы решения
К сожалению, если проблема с пористостью заключается именно в особенностях состава основного металла, сделать можно совсем немного. Лучшее решение в такой ситуации – использовать другую сталь или прибегнуть к процессу сварки с образованием шлака.


2. Неправильная форма шва
Если сварной шов принимает выпуклую или вогнутую форму, это может указывать на недостаточный уровень тепловложения или неподходящий метод сварки.

Причина неправильной формы шва №1: недостаточное тепловложение
Сварные швы выпуклой или «волнистой» формы указывают на то, что выбранные параметры были слишком «холодными» для сварки материала данной толщины. Другими словами, тепла оказалось недостаточно для проникновения вглубь металла основы.

Возможные способы решения
Если проблема вызвана слишком «холодной» сваркой, оператор должен определить, подходит ли выбранная сила тока для данной толщины материала. Крупные производители, в том числе и Lincoln Electric, всегда предоставляют руководства по регулировке силы тока в зависимости от конкретных параметров сварки.

Если сила тока достаточно высока, нужно проверить напряжение. Слишком низкое напряжение обычно сопровождается еще одним симптомом: повышенным уровнем разбрызгивания. С другой стороны, при слишком высоком напряжении оператору будет сложнее контролировать рабочий процесс, а наплавление станет более уязвимо к подрезанию.

В частности, о напряжении тока можно судить на слух. Правильно настроенная дуга издает звук определенного тона. Например, при переносе металла короткой дугой со слишком низкой силой тока дуга будет издавать ровный глухой гул. При переносе металла при слишком высокой силе тока дуга начнет потрескивать. Звук дуги также может указывать и на другие проблемы – ровное шипение говорит о слишком высоком напряжении и высокой вероятности подрезания, а резкий, скрежещущий звук – о слишком низком напряжении.

 

Причина неправильной формы шва №2: Техника сварки
Выгнутая или вогнутая форма шва также может быть вызвана неподходящим методом сварки. Например, сварка углом вперед или правый метод сварки обычно позволяет создавать швы более правильной формы, чем сварка углом назад или левый метод.

Возможные способы решения
Чтобы получать швы правильной формы, рекомендуется вести сварку углом вперед под наклоном 5-10 градусов.

 

Причина неправильной формы шва №3: некачественный рабочий кабель
Использование неисправного рабочего кабеля может привести к неприемлемому напряжению сварочной дуги. Характерными симптомами проблем с кабелем являются перегрев и неправильная форма шва.

Возможные способы решения
Слишком тонкие или сильно изношенные кабели имеют тенденцию перегреваться. При замене кабеля лучше всего воспользоваться специальной таблицей для определения подходящего диаметра кабеля в зависимости от его длины и подаваемого тока. Чем выше сила тока и чем больше длина кабеля, тем большая от него потребуется толщина.


3. Недостаточное сплавление
Если сварочный материал не смог должным образом объединиться с металлом основы, возникает так называемое недостаточное сплавление. Недостаточное сплавление приводит к созданию низкопрочных, некачественных соединений, которые в итоге могут вызвать образование структурных дефектов в конечной продукции.


Недостаточное сплавление: натеки при переносе металла короткой дугой

При переносе металла короткой дугой проволока непосредственно соприкасается со сварочной ванной. Из-за возникающего при этом короткого замыкания кончик проволоки плавится и от него отделяется капля металла. Такое короткое замыкание может происходить от 40 до 200 раз в секунду. Недостаточное сплавление может возникать, когда металл в сварочной ванне удается расплавить, но остающейся энергии оказывается недостаточно для того, чтобы должным образом сплавить его с основой. В таких случаях внешний вид наплавления ничем не отличается от обычного, но фактически соединения металлов не происходит. Так как недостаточное сплавление достаточно сложно выявить визуально, для этого нужно провести проверку проникающей жидкостью с красителем, ультразвуком или сгибанием образца.


 Сварка в среде защитных газов

 

 

 

 

 


 

Возможные способы решения
Чтобы гарантировать должное сплавление материалов, нужно убедиться в правильном выборе напряжения и силы тока. Если после внесения всех поправок оператор по-прежнему сталкивается с проблемами, можно воспользоваться другим методом сварки. Например, можно воспользоваться порошковой проволокой или методом струйного переноса металла. При струйном переносе металла дуга никогда не гаснет, поэтому наплывов металла и недостаточного сплавления удается избежать. При этом сила тока достаточно велика для того, чтобы расплавить кончик проволоки и запустить каплю металла через дугу в сварочную ванну.

 

4. Проблемы с подачей проволоки
Перебои с подачей проволоки или дребезжащий звук изнутри горелки могут указывать на неполадки в системе подачи проволоки. Большинство проблем, связанных с подачей проволокой, объясняется неправильной настройкой и обслуживанием оборудования.

 

Причина проблем с подачей проволоки №1: контактный наконечник
Среди операторов наблюдается тенденция использовать наконечники слишком большого размера. Это может приводить к сложностям с контактом, нестабильности дуги, возникновению пористости и неправильной форме швов.

Возможные способы решения
Убедитесь в исправном состоянии наконечника горелки и в том, что он имеет подходящий размер для сварки данной проволокой. Проведите визуальный осмотр наконечника. При слишком сильном износе (если он принял форму эллипса) его нужно заменить.

 

Причина проблем с подачей проволоки №2: направляющая горелки
Размер направляющих горелок, как и контактных наконечников, должен соответствовать диаметру продаваемой через них проволоки. При перебоях с подачей проволоки направляющую нужно почистить или заменить.

Возможные способы решения
Для очистки направляющей ее нужно продуть несильным потоком сжатого воздуха из контактного наконечника или же просто заменить.

 

Причина проблем с подачей проволоки №3: износ горелки
Внутри горелки находятся очень тонкие жилы медной проволоки, которые со временем могут износиться или оказаться повреждены.

Возможный способ решения
Резкое повышение температуры в какой-либо отдельной точке горелки во время сварки говорит о наличии внутренних повреждений и необходимости заменить горелку. Кроме этого, нужно убедиться, что горелка имеет достаточно большой размер для выполнения соответствующей задачи. Обычно операторы предпочитают использовать маленькие горелки, потому что они проще в обращении. Но если выбрать горелку слишком маленького размера, она будет перегреваться.

 

Причина проблем с подачей проволоки №4: приводной ролик
Приводные ролики механизма подачи проволоки постепенно изнашиваются, поэтому их нужно регулярно заменять.

Возможный способ решения
Обычно степень износа и необходимость замены приводных роликов можно оценить визуально по состоянию желобков. Также нужно убедиться в том, что приводной ролик обеспечивает должное натяжение. Чтобы проверить натяжение, от механизма подачи проволоки нужно отсоединить кабель питания или перейти в режим холодного питания. После этого нужно начать подачу проволоки и сжать ее большим и указательным пальцем. Если проволока при этом остановилась, то натяжение приводных валиков нужно увеличить. Если же остановить проволоку не удалось, это говорит о том, что натяжение отрегулировано правильно. В то же время слишком сильное натяжение привода может приводить к деформации проволоки, из-за чего она может слипаться (путаться) или прогорать (ситуация, когда дуга распространяется вверх по проволоке и сплавляет ее с наконечником).  

Убедитесь, что приводные ролики и направляющая трубка расположены настолько близко, насколько это только возможно. Затем нужно проверить линию подачи проволоки от катушки до приводных валиков. Направление проволоки должно точно соответствовать ориентации направляющей трубки, чтобы проволока не терлась о края трубки. В некоторых механизмах подачи проволоки положение кассеты можно отрегулировать так, чтобы проволока была направлена точно параллельно трубке.

 

Причина проблем с подачей проволоки №5: спутывание и соскакивание проволоки с катушки
Иногда проблемы с подачей проволоки возникают из-за того, что инерция кассеты с проволокой заставляет ее продолжать вращаться после отпускания спускового крючка.

Возможные способы решения
Прокручивание кассеты приводит к ослаблению натяжения проволоки, из-за чего она может соскочить с механизма подачи или запутаться. Поэтому в большинстве систем подачи проволоки на катушку устанавливают настраиваемый тормоз. Этот тормоз можно отрегулировать так, чтобы не допускать проворачивания кассеты.

 

Соблюдение данного руководства позволит начинающим операторам сварки GMAW или даже опытным специалистам быстрее выявлять возникающие проблемы и устранять их до того, как они повлияют на качество работы.