banner-shop.png

Спецпредложение на Автоматический сварочный комплекс для сварки трубопроводов диаметром от 325 мм

Импульсная дуговая пайка ЭСАБ в среде защитных газов листов с защитным покрытием

Авторы: Дипл. инженер Хендрик Рохде (Hendrik Rohde), Иохан Катик (Jochen Katie) и дипл.инженер Рольф Пасчолд (Rolf Paschold), «ЭСАБ ГмбХ», Золинген

GMA-пайка с системой ЭСАБ Aristo 2000 проволокой OK Autrod 19.30 дает наилучшее качество и прочность соединений.


1. Дуговая пайка в среде защитного газа
Пайка - это процесс соединения металлических материалов с помощью плавящегося присадочного (паяльного) материала, температура плавления которого ниже температуры плавления основного металла. Поверхность основного металла смачивается без расплавления.
При дуговой пайке в среде защитного газа (GMA- Gas Metal Arc, полуавтоматическая сварка) в качестве присадочного материала часто применяют сплавы меди, температура плавления которых ниже температуры плавления стали соединяемых деталей. При идеальных условиях кромки основного металла не оплавляются. Дуга, горящая в атмосфере защитного газа, служит для расплавления присадочного материала и нагрева основного металла. Этот процесс напоминает пайку. В качестве защитного газа применяют инертные газы, например, аргон. Обычно, однако, применяют смесь аргона с небольшим количеством активного газа, например, кислорода. Такой процесс называют GMA-пайкой, включая в это понятие MIG-пайку и MAG-пайку.

2. Область применения
Листовая сталь и стальной профильный прокат все более часто начинают защищать от коррозии нанесением алюминиевого или цинкового покрытия методом электролиза или горячей гальванизации. Типичная область применения - кузова автомобилей, компоненты вентиляционных систем и систем кондиционирования и охлаждения, огнезащитные двери, крыши и детали фасадов зданий и т.п. Естественно, что многие эти компоненты необходимо соединять с другими деталями.

image2.jpg
Фото 1. Лицевая и задняя сторона GMA - паяного шва панели кузова автомобиля. Цинковое покрытие остается у шва и на его задней стороне.

3. GMA - пайка обеспечивает антикоррозийную защиту
image1.jpgПри сварке деталей с гальваническим покрытием испарение цинка вблизи сварного шва образует участок поверхности без защитного покрытия, подверженный коррозии. Для уменьшения пористости при сварке применяют проволоку типа EN 440 - G2Sil, но металл шва при ее использовании также не защищен от коррозии. В этом случае для защиты от коррозии вынуждены применять достаточно дорогостоящий метод повторной гальванизации. В противоположность обычной сварке, GMA-пайка медной проволокой образует шов, не подвергающийся коррозии. Медь хорошо растворяется в цинке. Примером этому являются различные сплавы меди с цинком - латуни. Интервал температуры плавления проволоки ОК Autrod 19.30 из сплава CuSi3 приблизительно равен 910...1025°С; температура плавления цинка - 419°С. Во время пайки жидкий цинк остается на поверхности металла и растворяется в металле шва, образуя сплав латуни. Это явление относится к переходному участку между швом и верхним слоем цинкового покрытия. На Фото 2 представлено увеличенное поперечное сечение шва. В левой части металл шва почти соприкасается с поверхностью основного металла. Светло-желтым цветом отмечены участки сечения с малым содержанием цинка. Это - α-латунь. Левее слой цинка становится тоньше - большая его часть растворилась в металле шва (более темный цвет). На этом участке образовалась β-латунь. Переход жидкого CuSi сплава через слой расплава, содержащего латунь, к цинку образует слой защитного покрытия. На обратной стороне шва слой защитного цинка остается даже на тонких листах. Процесс импульсной GMA-пайки ЭСАБ делает ненужной антикоррозийную обработку после сварки. Цифровое управление параметрами процесса уменьшает испарение цинка с участков поверхности, примыкающих к шву, и на задней стороне листа.

image4.jpg
Фото 2. Переход от медной наплавки к гальванизированному основному металлу. Наплавленный металл и цинковое покрытие, смешиваясь образуют латунь.

4. Тепловложение и испарение цинка
Точка кипения чистого цинка равна 907°С. При большей температуре цинк начинает испаряться. Чем больше тепловложение в оцинкованный лист, тем больше цинка испаряется. Испарения цинка препятствуют капельному переносу и отклоняют траектории капель Точное попадание капель в сварочную ванну становится невозможным, появляются брызги и ухудшается внешний вид шва. Поэтому основным правилом GMA-пайки является строго дозированное тепловложение.

5. GMA- пайка с применением системы ЭСАБ Aristo 2000
Некоторые компании, использующие процесс GMA-пайки, не применяют не импульсную дугу, что дает преимущества только при сварке в вертикальном положении. Сварка ведется короткой дугой. При недостаточно хорошо регулируемом сварочном источнике короткая дуга между
электродной проволокой и основным металлом сопровождается короткими замыканиями, что ведет к образованию брызг. При этом режиме трудно контролировать тепловложение. Кроме того, сварка короткой дугой требует от сварщика (вернее - пайщика) постоянно точно выдерживать расстояние между контактным наконечником и поверхностью основного металла. Малейшее изменение этого расстояния приводит к значительному изменению сварочных параметров и нарушает процесс пайки и ее результат. Проведение сварки становится трудным, и сварщик действительно «держит в своих руках» результат сварки.
Импульсный GMA-процесс пайки с использованием сварочного источника ЭСАБ Aristo 2000-System предоставляет наилучшие предварительные условия надежного соединения. Как было отмечено ранее, во время процесса пайки пары цинка противодействуют давлению дуги. Для противодействия этому явлению горелку держат углом вперед и, что особенно важно, на очень коротком расстоянии. Это предъявляет очень высокие требования к оборудованию.
Цифровой инверторный выпрямитель Aristo2000 выдает импульсы тока с очень резким нарастанием его величины, позволяя мелким каплям достигать ванны расплава кратчайшим путем во время коротких импульсов тока. Цифровая система управления должна работать исключительно быстро и четко. Таким требованиям полностью удовлетворяет сварочная система ЭСАБ Aristo 2000.
Импульсная GMA пайка предъявляет повышенные требования к плавности подачи проволоки. Недопустимы даже незначительные изменения скорости подачи проволоки. Регулируемая система подачи проволоки ЭСАБ выдерживает требуемую постоянную скорость подачи независимо от воздействия внешних помех.
ЭСАБ Aristo 2000-System позволяет сварщику вести GMA пайку в спокойном режиме, поскольку допуски на величину расстояния между контактным наконечником горелки и поверхностью гораздо более широкие. Тепловложение уменьшено, что позволяет успешно соединять тонкие листы. Таким образом, технология пайки ЭСАБ представляет лучшие возможности управления качеством, антикоррозийной защиты и внешнего вида шва. Применение цифровой системы Aristo 2000 предоставляет как удобство синергетических режимов установки, так и возможность оптимизации процесса для конкретных условий пайки. Полученные данные могут быть заведены в память PC-карты и при необходимости опять, загружены в систему. Поскольку мощность дуги может в определенных пределах регулироваться, пользователь может программировать свои синергетические кривые характеристик без входа в систему. Таким образом, пользователь может комбинировать индивидуальность своих оптимизированных установок с удобством синергетики. Применяя PC-карты памяти, мы также можем подобрать параметры для ваших конкретных условий, оптимизировать их и записать в память. Позже, вы легко можете ввести эти данные в источник питания LUD и начать пайку.

image3.jpg
Фото 3. Поперечное сечение GMA - паяного шва панели кузова автомобиля (толщина листа -0,8 мм). В сечении показана обратная сторона панели. Цинковое покрытие осталось нетронутым.
image6.jpg
Фото 4. ESAB Aristo 2000 - System - LUD 320
image5.jpg
Фото 5 Поперечное сечение соединения ЭСАБ GMA - пайкой кузовных панелей. Толщина листов - 8 мм. Соединения с разной величиной зазора. Латунь глубоко проникает в зазор

6. Проволоки для GMA-пайки
Для GMA-пайки можно применять несколько типов медных проволок. Обычно применяют OK Autrod 19.30 3% Si сплава (DIN 1733: SG-CuSi3): 
В основном используют проволоку диаметром 1,0 мм. Проволока поставляется в бобинах массой 15 кг. Для механизированной и полностью автоматизированной сварки проволока OK Autrod 19.30 поставляется в шестигранной 25-килограммовой упаковке ЭСАБ MARATHON РАС™.
Проволока OK Autrod 19.30 хорошо подходит для GMA-пайки. При использовании системы ЭСАБ Aristo 2000 практически не образуется брызг. Специально проведенные исследования не обнаружили в спаянных образцах пористости или трещин. Не образуется также окалины. На поверхности наблюдается только тонкий слой шлака. Проволока OK Autrod 19.30 обеспечивает хорошую смачиваемость и заполнение зазора (см. фото 5). Следуя закону капиллярности, сплав глубоко проникает в зазор между листами при пайке накладкой. Сравнительно мягкий шов позволяет легко удалять излишки металла шва и придавать ему нужную плоскую форму. При такой обработке шва цинковое покрытие, прилегающее к шву, повреждается гораздо в меньшей степени, чем при твердом металле шва.

7. Защитный газ для GMA-пайки
Для GMA-пайки широко применяют в качестве защитного газа чистый аргон. Однако можно применять газы с примесью активного газа, например, М12 по классификации EN 439 с 1÷3% СО2. Последние исследования, проведенные в ЭСАБ, показали преимущества применения защитного газа М13 по классификации EN 439 (Ar+1%О2). Поверхностное натяжение в ванне расплава уменьшается и, как следствие, значительно улучшаются характеристики смачиваемости и текучести. В то же время улучшается стабильность дуги. На поверхности шва не образуется окалины, и он принимает отличный внешний вид. Однако, применение защитного газа в смеси с активным газом ставит некоторые вопросы. Медь образует в присутствии растворенного кислорода оксид меди (Си2О). Оксид меди осаждается на граничные частицы и может образовать во время охлаждения хрупкую микроструктуру. Для предотвращения этого явления необходимо пользоваться только хорошо раскисленной медью. Более глубокие исследования, проведенные ЭСАБ с целью определения целесообразности применения защитных газов с добавкой активных газов, показали, что только исключительно малое количество оксида меди может обнаруживаться в металле шва и что оксид меди присутствует в малочисленных зонах. Присутствующий в OK Autrod 19.30 кремний имеет раскисляющую способность и снижает содержание оксида меди (Сu2О) до очень низкого уровня.
Присутствие незначительного количества Cu2О в ограниченных участках и практическое отсутствие граничных структур не вызывают эффекта охрупчивания. Следовательно, препятствий для применения защитного газа с малым количеством активного газа нет. Это подтверждается также прочностными исследованиями.

image8.jpg
Фото 6 Темные участки - напайка CuSi3. Защитный газ - М13. Несколько эвтектических образований содержат только малую часть Cu2O

8. Прочность паяных соединений
image7.jpgЛисты кузовных панелей с гальваническим защитным покрытием толщиной 0,8 мм были соединены нахлесточным швом импульсной GMA-пайкой. Применялась проволока OK Autrod 19.30 диаметром 1,0 мм, защитный газ - М13 с 1% О2 и ЭСАБ Aristo 2000-System.

9. Рекомендации к практическому применению
Установить оптимальные параметры GMA-пайки груднее, чем для MIG/MAG сварки. Большую роль, в частности, играют толщина и положение защитного цинкового покрытия. Для достижения наилучших результатов обязательно индивидуально подбирать все импульсные параметры.
Положение горелки
При GMA-пайке положение сварочной горелки имеет большее влияние на формирование шва и на тепловложение в основной металл с гальваническим покрытием, чем при сварке MIG/MAG. Основной металл получает меньшее тепловложение при сварке углом вперед. При этом испаряется меньшее количество цинка и, следовательно, наблюдается меньшее влияние на капельный перенос. При сварке углом вперед напаянный шов получается более плоским и широким, с меньшим выделением брызг. В самом начале сварки наблюдается большее брызгообразование из-за интенсивного испарения цинка перед горелкой. Однако далее процесс стабилизируется, и дуга надежно плавит электрод.
Ванна расплава
GMA-пайку можно выполнять так, что ванна расплава движется немного впереди горелки. Такое положение несколько странно для сварки MIG/MAG, при которой такое положение ванны расплава может вызвать неполное проплавление. Однако, глубокое проплавление как раз и нежелательно при GMA пайке. Необходима только хорошая смачиваемость.

10. Заключение
ЭСАБ провел все необходимые исследования для успешного проведения GMA-пайки. ЭСАБ Aristo 2000-System обеспечивает цифровое управление сварочным источником и механизмом подачи, что полностью удовлетворяет высоким требованиям импульсного процесса GMA-пайки и обеспечивает высокое качество соединений. Спаянные с использованием проволоки OK Autrod 19.30 соединения демонстрируют надежное качество и отличные механические свойства. Было вырезано десять образцов для испытания на прочность при растяжении. Во всех случаях разрыв проходит не по шву, а по основному металлу! Поэтому соединения ЭСАБ GMA-пайкой полностью выполняют все требования,
предъявляемые к соединению.

Об авторах
Хендрик Рохде (Hendik Rohde) окончил 1991 году Технический Университет в Магдебурге по специальности инженер механиксварщик и поступил в этом же году в немецкое отделение ЭСАБ. В 1995 году он становится Европейским инженером по сварке. В настоящее время он - руководитель отдела сварки GMAWn также специ-ализируется в модернизации оборудования.
Иохан Кагик (Jochen Katie) - специалист по сварке. Работает сварщиком-демонстратором процессов механизированной сварки. Он поступил в ЭСАБ в 1990 году. Он часто привлекается к исследовательским и испытательным работам по автоматизированной и роботизированной сварке на предприятиях заказчика.
Рольф Пасчолд (Rolf Paschold) - руководитель отдела в «ЭСАБ ГмбХ», Золинген (Германия). Закончил обучение по специальности инженер механик-сварщик в 1990 году .Поступил в ЭСАБ в 1991 году и стал руководителем отдела продаж сварочных материалов. Он часто участвует в совместных с заказчиком проектах разработки технологических процессов.


Возврат к списку