Анализ информационных потоков за последние годы, проведен­ный в ИЭС им. Е. О. Патона, свидетельствует о росте количества публикаций, касающихся новых высокопроизводительных процес­сов, в том числе дуговой сварки с увеличенным вылетом электрода, способом сварки порошковой проволокой и т. д. Наблюдается зна­чительное повышение патентной активности в области электрошла — ковой сварки, что обусловлено расширением применения этого спо­соба, в частности при производстве крупногабаритных конструкций из элементов толщиной более 40 мм [30, 31]. Сварочная технология развивается в направлении применения сварки без разделки кро­мок (что позволяет экономить до 15% трудозатрат), а также свар­ки «по узкому зазору», обеспечивающей снижение сварочных де­формаций вследствие уменьшения количества наплавленного ме­талла и тепловложения [31].

Интенсивно разрабатываются способы сварки с высокой плот­ностью энергии: электроннолучевая, плазменная и лазерная, в том числе для соединения крупногабаритных элементов [6, 30].

СВАРКА В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

Сварка в углекислом газе является одним из ведущих процес­сов в отрасли. Основные проблемы, обусловливающие совершенст­вование этого способа сварки, заключаются в снижении остаточных сварочных деформаций, улучшении формообразования шва и полу­чении бездефектных сварных соединений, разработке мероприятий, устраняющих повышенное разбрызгивание.

С целью снижения деформаций в ИЭС им. Е. О. Патона разра­ботана электродная проволока на основе Si—Мп—Zr, позволяющая проводить сварку на прямой полярности в среде углекислого газа. По сравнению со сваркой на обратной полярности коэффициент наплавки увеличивается на 25—30%, повышается стойкость против кристаллизационных трещин вследствие меньшего перехода приме­сей из основного металла в шов, а угловые сварочные деформации снижаются на 35—40% [32].

Применение переменного тока промышленной частоты для пи­тания дуги при сварке в углекислом газе позволяет использовать более простое и дешевое оборудование. Однако попытки вести свар­ку на переменном токе не имели успеха из-за низкой стабильности процесса. В работе [33] сообщается о разработке способа сварки активированной проволокой на переменном токе, обеспечивающего высокую стабильность процесса. При этом устраняется явление магнитного дутья, а потери металла на разбрызгивание снижаются до 4—6% при удовлетворительной форме шва.

Все большее распространение получает сварка в смесях защит­ных газов. Защитная среда, определяя форму дуги, оказывает влия­ние на склонность металла шва к образованию пор. Швы, выполня­емые при сварке в смеси СОг + 20% Ог (при токе до 500 А и ско­рости сварки до 70 м/ч), не имеют дефектов пористости. Наимень­шие потери на разбрызгивание достигаются при использовании проволоки диаметром 1,4 мм и вылете электрода <25 мм [34]. Кроме того, при сварке в защитном газе такого состава улучшаются горе­ние дуги и форма шва, увеличиваются производительность наплав­ки и глубина проплавления.

За рубежом в качестве защитной среды при сварке сталей в большинстве случаев применяют смесь аргона (80%) с углекислым газом. При этом помимо повышения механических свойств улучша­
ется процесс переноса расплавленного электродного металла в сварочную ванну, который приближается к струйному, характери­зующемуся минимальным разбрызгиванием металла.

Использование смесей состава Аг+ (15 — 30%) СОг+ (3—5%) Ог или Аг+(15 —20%) СОг дает максимальный технико-экономичес­кий эффект при сварке на форсированных режимах (сварочный ток—400—650 А) и при сварке соединений, которые по техничес­ким причинам не должны иметь приварившихся брызг [35].

Для повышения качества сварных швов применяется сварка в защитных газах с поперечным или продольным колебанием элект­рода. По данным работы [18], продольные колебания обеспечивают более высокую эффективность процесса сварки по сравнению с по­перечными вследствие значительного измельчения зерна металла шва. Сварка этим способом способствует интенсивному переме­шиванию металла сварочной ванны, а также получению большого объема жидкого металла, что создает благоприятные условия для выхода газа и способствует уменьшению пористости. Этот метод экономичнее традиционной многослойной сварки, так как уменьша­ется расход электродного металла и сокращается время сварки.

В Японии разработан способ дуговой сварки в защитных і азах, при котором предотвращается образование подрезов за счет ре­гулирования формы сварочной ванны дополнительной струей за­щитного газа, направляемой под давлением в ее хвостовую часть [36]. Благодаря этому жидкий металл, перемещаясь вперед, запол­няет весь объем сварочной ванный формирует нормальное усиление шва. В США при сварке горизонтальных угловых швов для устра­нения подрезов и пористости предложен способ, заключающийся в попеременной подаче двух электродных проволок в зону сварки. Одна из проволок направлена на вертикальный, другая — на гори­зонтальный элемент. Это дает возможность сваривать материалы с защитным покрытием [37].

Повышение производительности при дуговой сварке в защитных газах многослойных швов обеспечивается благодаря применению многоэлектродных систем.

В США предложен способ многоэлектродной дуговой сварки в защитных газах, заключающийся в том, что для обеспечения оди­накового химического состава и механических свойств по всему се­чению шва каждый слой выполняется электродом (или группой электродов) различного химического состава [8]. Другой способ многоэлектродной сварки [39] отличается тем, что при наплавке каждого последующего слоя регулируется объемная доля содержа­ния активного газа в защитной смеси в зависимости от состава электродной проволоки. В результате обеспечивается равномер­ность свойств наплавленного металла в зоне сварки.

Для сварки листов толщиной 16—30 мм японские специалисты предлагают трехэлектродную схему сварочного процесса. Первые две дуги от проволочных электродов диаметром 1,8 мм имеют двой­ную газозащитную среду: 1) 85% Аг + 15% С02; 2) 50% Аг + 50%

СОг. Третья дуга от ленточного электрода сечением 1,25X15 мм го­рит под слоем флюса. Испытания промышленной установки такого типа показали положительные результаты [40].

Одно из эффективных средств борьбы с разбрызгиванием метал­ла — применение специальных электротехнических устройств. В Че­лябинском политехническом институте [41] предложен способ свар­ки с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором с помощью специального устройства осуществляется кратковремен­ное снижение тока к моменту разрыва перемычки. Это значительно уменьшает вероятность выброса капли за пределы шва.

Снизить разбрызгивание металла в два-три раза можно также путем оптимизации соотношения между сварочным током и напря­жением. Для этой цели создано устройство [42], позволяющее осу­ществлять оптимальное регулирование параметров процесса свар­ки. Сварщик задает лишь силу сварочного тока, устанавливая соответствующую скорость подачи электродной проволоки, а напряжение на дуге определяет система оптимизации.

В Японии разработан способ предотвращения прилипания брызг металла к свариваемым деталям, при котором к деталям при­кладывают высокочастотные колебания с частотой более 10 кГц. Эти колебания передаются брызгами металла, в результате чего они «скачут» по поверхности и застывают, не успевая прилипнуть к поверхности [43].