Газ для сварки и резки металла

Обновлено: 16.05.2024

Кислород при газовой сварке способствует интенсивному горению горючих газов и получению высокотемпературного пламени. При горении газов в воздухе температура пламени значительно ниже, чем при горении в кислороде. При газовой сварке применяют газообразный технический кислород трех сортов.

Первый сорт характеризуется чистотой не ниже 99,7 % по объёму, второй сорт – не ниже 99,5 %, а третий сорт – не ниже 99,2 %. Технический кислород содержит примеси, состоящие из азота и аргона. Следует учесть важное значение чистоты кислорода при сварке и резке металла. Снижение чистоты кислорода на 1 % не только ухудшает качество сварного шва, но и требует увеличения расхода кислорода на 1,5 %.

Кислород при атмосферном давлении и нормальной температуре представляет собой газ без цвета и запаха с плотностью 1,43 кг/м 3 . Его получают из воздуха методом низкотемпературной ректификации, основанным на разности температур кипения основных составляющих воздуха – азота (–195,8 °C) и кислорода (–182,9 °C). Воздух переводят в жидкое состояние и затем постепенным повышением температуры испаряют азот (78 %). Оставшийся кислород (21 %) очищают многократным процессом ректификации.

Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам – высокой температуре пламени, большой теплоте сгорания. Он представляет собой химическое соединение углерода с водородом (С₂Н₂). Это бесцветный газ с характерным запахом, обусловленным наличием примесей – сероводорода, фтористого водорода и др. Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях: нагревании до 480–500 °C, давлении 0,14–0,6 МПа, наличии 2,3–80,7 % ацетилена в смеси с воздухом, наличии 2,8–93 % ацетилена в смеси с кислородом.

Ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой по реакции:

карбид кальция получают путем сплавления в электропечах кокса и обожженной извести:

СаО + 3С = СаС₂ + СО.

Карбид кальция очень активно вступает в реакцию с водой, реагируя даже с парами воды, насыщающими воздух. Поэтому его хранят и транспортируют в герметически закрытых стальных барабанах, содержащих 50–130 кг карбида. Из 1 кг карбида кальция в зависимости от сорта и грануляции получают 235–280 л ацетилена. Следует иметь в виду, что мелкий и пылеобразный карбид кальция применять запрещается – он взрывоопасен. Для взаимодействия 1 кг карбида кальция теоретически необходимо 0,56 л воды, практически берут 7–20 л воды для обеспечения охлаждения ацетилена и безопасной работы генератора.

Водород – газ без цвета и запаха. В смеси с кислородом или воздухом он образует взрывчатую смесь (гремучий газ), поэтому требует строгого соблюдения правил техники безопасности.

Водород хранится и транспортируется в стальных баллонах при максимальном давлении 15 МПа. Получают его электролизом воды или в специальных водородных генераторах путем воздействия серной кислотой на железную стружку или цинк.

Пиролизный газ – смесь газообразных продуктов термического разложения нефти, нефтепродуктов или мазута. Содержит вредные сернистые соединения, вызывающие коррозию мундштуков горелок и резаков, поэтому требует тщательной очистки.

Нефтяной газ – смесь горючих газов, являющихся побочным продуктом нефтеперерабатывающих заводов. Его применяют для сварки, резки и пайки сталей толщиной до 3 мм и сварки цветных металлов.

Природный газ получают из газовых месторождений. Он состоит в основном из метана (93–99 %).

Пропанабутановую смесь получают при добыче и переработке естественных нефтяных газов и нефти. Хранят и транспортируют в сжиженном состоянии в баллонах вместимостью 40 и 55 л под давлением 1,6–1,7 МПа. Жидкой смесью заполняют только половину баллона, так как при нагреве значительное повышение давления может привести к взрыву.

Бензин и керосин используют при газопламенной обработке в виде паров. Для этой цели горелки и резаки имеют специальные испарители, которые нагреваются от вспомогательного пламени или электрическим током.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Оборудование для плазменно-дуговой сварки, резки, напыления:

Оборудование для плазменно-дуговой сварки, резки, напыления: • источник питания плазменной дуги с вертикальной вольт-амперной характеристикой;• плазменная горелка-плазмотрон;• системы подачи газа и охлаждения горелки;• порошковый питатель (для

Оборудование для лазерной сварки и резки:

Оборудование для лазерной сварки и резки: • высоковольтный выпрямитель для питания ламп накачки;• блок конденсаторов;• блок поджига газового разряда;• собственно лазерная головка (активный элемент, отражатель, лампы накачки);• оптическая система для фокусировки,

Эффективные методы проведения сварки

Эффективные методы проведения сварки Метод опирания, или сварка с глубоким проплавлением Электрод с утолщенным покрытием используют для получения глубокого проплавления. Стержень электрода плавится быстрее покрытия, в итоге чего на конце электрода образуется

Оборудование и аппаратура для проведения газовой сварки

Оборудование и аппаратура для проведения газовой сварки Газовой сваркой называется сварка плавлением, при которой нагрев кромок соединяемых частей и присадочного материала производится теплотой сгорания горючих газов в кислороде. Классифицируется газовая сварка по

Сущность процесса кислородной резки

Сущность процесса кислородной резки Кислородная резка (рис. 78) основана на свойстве металлов и их сплавов сгорать в струе технически чистого кислорода. Рис. 78. Газокислородная резка:1 – разрезаемый металл; 2 – струя режущего кислорода; 3 – горючая смесь; 4 – режущий

Оборудование для кислородной резки

Оборудование для кислородной резки Резаки классифицируют:• по назначению – универсальные и специальные;• по принципу смешения газов – инжекторные и безынжекторные;• по виду резки – для разделительной и поверхностной резки;• по применению – для ручной и машинной

Техника резки

Техника резки На поверхности разрезаемого металла могут быть грязь, краска, окалина и ржавчина, поэтому она должна быть хорошо очищена. Для удаления окалины, краски и масла достаточно медленно провести пламенем горелки или резака по поверхности металла вдоль намеченной

Глава 12 Технология проведения сварки под флюсом и оборудование для нее

Глава 12 Технология проведения сварки под флюсом и оборудование для нее Сущность сварки под флюсом Сваркой под флюсом называется дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, обеспечивающего защиту сварочной ванны от контакта с

Глава 13 Технология проведения дуговой сварки в защитных газах

Глава 13 Технология проведения дуговой сварки в защитных газах Сущность дуговой сварки в защитных газах Сущностью и отличительной особенностью дуговой сварки в защитных газах является защита расплавленного и нагретого до высокой температуры основного и электродного

Глава 14 Технология проведения контактной сварки

Глава 14 Технология проведения контактной сварки Сущность контактной сварки Контактной сваркой называется сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте

Глава 16 Технология производства сварки цветных металлов и их сплавов

Глава 16 Технология производства сварки цветных металлов и их сплавов Особенности сварки цветных металлов Цветные металлы и сплавы по своим физико-химическим свойствам резко отличаются от сталей, что необходимо учитывать при выборе вида сварки и технологии. По

Особенности сварки цветных металлов

Особенности сварки цветных металлов Цветные металлы и сплавы по своим физико-химическим свойствам резко отличаются от сталей, что необходимо учитывать при выборе вида сварки и технологии. По химической активности, температурам кипения и плавления, теплопроводности,

Глава 18 Технология электродуговой резки

Глава 18 Технология электродуговой резки Резка плавящимся электродом Резка стальным электродом основана на выплавлении металла из зоны резания теплотой электрической дуги, возбуждаемой между электродом и разрезаемым металлом. Этот способ широко применяется для

9.3. Средства для электросварки и резки стали под водой

9.3. Средства для электросварки и резки стали под водой Для электросварки и резки стали под водой применяются специальные электрододержатели и электроды. Электрический ток к электрододержателю и массе металла (обратный провод) подается с поверхности по кабелю сечением

Горючие газы

Горючие газы в смеси с кислородом предназначены для газопламенной обработки металлов. Наиболее часто для газовой сварки применяют ацетилен. Для газовой резки сталей, когда температура подогревающего пламени не оказывает решающего влияния на протекание процесса, а лишь увеличивает продолжительность начального подогрева металла перед резкой, рекомендуется использовать газы-заменители ацетилена, у которых температура пламени не менее 1800-2000°C.

В качестве газов-заменителей ацетилена используют:

Содержание

Ацетилен

Ацетилен С₂Н₂ является основным горючим газом для газовой сварки и резки металлов, температура его плавления при сгорании в смеси с технически чистым кислородом достигает 3150°С.

Ацетилен является химическим соединением углерода и водорода. Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом, обусловленным содержащимися в нем примесями сероводорода, аммиака, фосфористого водорода и др. Длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление.

Ацетилен легче воздуха, 1 м 3 при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С имеет массу 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от -82,4°С (190,6 К) до -84,0°С (189 К) он переходит в жидкое состояние, а при температуре -85°С (188 К) затвердевает.

Ацетилен - самое распространенное горючее, используемое в процессах газопламенной обработки. При его использовании необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Ацетилен - высокое эндотермическое соединение, при разложении 1 кг С₂Н₂ выделяется 8373,6 кДж. Температура самовоспламенения колеблется в пределах 240-630°С и зависит от давления и присутствия в нем различных веществ.

Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения. Присутствие в ацетилене других веществ увеличивает поверхность контакта и тем понижает температуру самовоспламенения.

Зависимость температуры воспламенения ацетилена от давления приведена ниже:

Температура, °С	630	530	475	350
Абсолютное давление, МПа	0,2	0,3	0,4	2,2

При взрыве ацетилена происходит резкое повышение давления и температуры, что может вызвать большие разрушения и тяжелые несчастные случаи. Ацетилен с воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах от 2,2 до 81% С₂Н₂ по объему при нормальном атмосферном давлении, а с технически чистым кислородом - в пределах от 2,3 до 93%. Наиболее взрывоопасны смеси с содержанием 7-13% С₂Н₂. Взрыв ацетиленокислородной и ацетиленовоздушной смеси, в указанных пределах может произойти от сильного нагрева и искры.

Присутствие окиси меди снижает температуру самовоспламенения ацетилена до 240°С. При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, вот почему категорически запрещается при изготовлении ацетиленового оборудования применение сплавов, содержащих более 70% меди.

Взрываемость ацетилена понижается при растворении его в жидкостях. Особенно хорошо он растворяется в ацетоне. В одном объеме технического ацетона при 20°С и нормальном атмосферном давлении можно растворить до 20 объемов ацетилена. Растворимость в ацетоне увеличивается с увеличением давления и понижением температуры.

Технический ацетилен получают двумя способами:

из карбида кальция
из природного газа, нефти и угля

Ацетилен, полученный из природного газа, называется пиролизным. Получение его из природного газа на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция.

К месту сварки ацетилен доставляется в специальных стальных баллонах, заполненных пористой пропитанной ацетоном массой, под давлением 1,9 МПа.

Кроме ацетилена при сварке и резке металлов применяют и другие более дешевые и менее дефицитные горючие газы и пары горючих жидкостей. Основная область применения газов-заменителей - кислородная резка, однако в последние годы они находят широкое применение и при других видах газопламенной обработки металлов - пайке, наплавке, газопламенной закалке, металлизации, газопрессовой сварке, сварке цветных металлов и сплавов. Правильное использование газов-заменителей не ухудшает качество сварки и резки металлов, применение их дает более высокую чистоту реза при резке металлов малых толщин.

При сварке температура пламени должна примерно в два раза превышать температуру плавления металлов, поэтому газы-заменители, температура пламени которых ниже, чем у ацетилена, необходимо использовать при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем у сталей. При кислородной резке используются горючие газы, которые при сгорании в смеси с кислородом дают пламя с температурой не ниже 2000°С. Выбор горючего газа зависит от его теплотворной способности.

Теплотворная способность количество теплоты в килоджоулях, получаемое при полном сгорании 1 м 3 газа

Чем выше теплотворная способность газа, тем меньше его расход при сварке и резке металлов. Для полного сгорания одинакового объема различных горючих газов требуется различное количество кислорода, от этого зависит эффективная мощность пламени.

Эффективной мощностью пламени называется количество тепла, вводимое в нагреваемый металл в единицу времени

Для расчетов замены ацетилена другим газом-заменителем пользуются коэффициентом замены ацетилена.

Коэффициент замены ацетилена отношение расхода газа-заменителя V₃ к расходу ацетилена Va при одинаковой эффективной тепловой мощности: ?=V₃/Va

Водород

Ниже представлена лишь справочная информация о водороде, для более подробной информации читайте статью плотность, формула, масса, получение и другие характеристики водорода

Водород H₂ в нормальных условиях представляет собой горючий газ без цвета и запаха. Это один из самых легких газов, он в 14,5 раза легче воздуха. Водород способен образовывать в определенных пропорциях взрывоопасные смеси с воздухом и кислородом. Поэтому при сварочных работах необходимо строго соблюдать правила безопасности труда. Получают водород разложением воды электрическим током. К месту сварки водород доставляют в стальных баллонах в газообразном состоянии под давлением 15 МПа. Баллоны для водорода окрашивают в зеленый цвет. Водород, применяемый для сварочных работ, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3022-80. Водородно-кислородное пламя имеет синюю окраску и не имеет четких очертаний зон пламени, что затрудняет, его регулировку.

Коксовый газ

Коксовый газ - бесцветный горючий газ с запахом сероводорода. Коксовый газ получают при выработке кокса из каменного угля, состоит он из смеси газообразных горючих продуктов водорода, метана и других непредельных углеводородов. Применяют в основном для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов. Для сварки и резки применяют коксовый газ, очищенный от сернистых соединений и смолистых веществ. Для полного сгорания 1 м 3 необходимо 0,9 м 3 кислорода. К месту сварки и резки коксовый газ подают по трубопроводам под давлением 1,3-1,5 кПа.

Городской газ

Городской газ является составным горючим газом. Обычно основным компонентом городского газа является природный газ, к нему добавляют коксовый и генераторный газы. Состав городского газа непостоянен, газ типа московского имеет следующий состав: метан (70-95%), водород (до 25%), тяжелые углеводороды (до 1%), азот (до 3%), оксид углерода (до 3%), двуокись углерода (до 1%), кислород (до 0,5%). К месту сварки городской газ доставляют по трубопроводам. Как заменитель ацетилена он используется для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов.

Пропан

Пропан технический - бесцветный горючий газ с резким запахом, состоящий из пропана С₃Н₈ или из пропана и пропилена С₃Н₈, суммарное содержание которых должно быть не менее 93%. Получают пропан при переработке нефтепродуктов. При нормальных условиях пропан находится в газообразном состоянии, а при понижении температуры или повышении давления переходит в жидкое состояние. Так, при температуре 293 К пропан переходит в жидкое состояние при давлении 0,85 МПа. Испарение 1 кг жидкого пропана дает 0,53 м 3 паров.

Пропан-бутановая смесь - бесцветный горючий газ с резким запахом, является побочным продуктом при переработке нефти.

Смесь легко превращается в жидкое состояние, например при температуре 233 К пропан-бутановая смесь сжижается при атмосферном давлении. Сжиженные газы хранят только в закрытых емкостях, так как испарение жидкости происходит даже при 273 К.

Плотность пропан-бутана больше плотности воздуха, поэтому необходимо тщательно следить за герметичностью аппаратуры и коммуникаций во избежание образования взрывоопасной смеси газа с воздухом внизу помещения. Заполнение емкостей пропаном и пропан-бутановой смесью, транспортирование их, а также слив газа должны выполняться в соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", утвержденными Госгортехнадзором.

Пропан-бутановые смеси широко применяются при резке сталей, сварке и пайке легкоплавких цветных металлов, закалке, газовой сварке пластмасс. К месту сварки смесь поставляют в стальных баллонах под давлением 1,6 МПа или по газопроводам через перепускную рампу. При испарении 1 кг пропана образуется 500 дм 3 газа.

Бензин

Бензин является продуктом переработки нефти. Он представляет собой легко испаряющуюся прозрачную жидкость с резким характерным запахом. Пары бензина при сгорании в кислороде дают температуру пламени 2400-2500°С. Для очистки бензина его фильтруют через войлок. Бензин используется для кислородной резки, а также для сварки и пайки легкоплавких металлов.

Керосин

Итак, мы узнали, что ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки, но для газовой резки применяют другие, менее дорогие газы, которые позволяют осуществлять процесс резки без существенной потери производительности и качества.

Введение в дуговую сварку в защитных газах (TIG, MIG/MAG)

Защитные газы и их влияние на технологические свойства дуги

В качестве защитных газов при дуговой сварке плавлением ТИГ и МИГ/МАГ применяют инертные газы, активные газы и их смеси. Защитный газ выбирают с учетом способа сварки, свойств свариваемого металла, а также требований, предъявляемых к сварным швам.

Инертными называют газы, не способные к химическим реакциям и практически не растворимые в металлах. Поэтому их целесообразно применять при сварке химически активных металлов и сплавов на их основе (алюминий, алюминиевые и магниевые сплавы, легированные стали различных марок). При сварке ТИГ и МИГ/МАГ используются такие инертные газы как аргон (Ar), гелий (He) и их смеси.

Активными защитными газами называют газы, способные защищать зону сварки от доступа воздуха и вместе с тем химически реагирующие со свариваемым металлом или физически растворяющиеся в нем. При дуговой сварке сталей в качестве защитной среды применяют углекислый газ (СО₂). Ввиду химической активности углекислого газа по отношению к вольфраму этот защитный газ используют только при сварке МИГ/МАГ.

К активным газам применяемым при МИГ/МАГ также относятся газовые смеси в состав которых входят аргон (Ar), кислород (О₂), азот (N₂), водород (H₂). Готовые газовые смеси поставляются в баллонах, также они могут быть получены путем смешивания газов составляющих смесь.

Классификация способов сварки в защитных газах приведена на схеме ниже.

Свойства защитных газов

В таблице ниже приведены физические свойства защитных газов.

Краткая характеристика защитных газов

Аргон - наиболее часто применяемый инертный газ. Он тяжелее воздуха и не образует с ним взрывчатых смесей. Благодаря низкому потенциалу ионизации этот газ обеспечивает высокую стабильность горения дуги. Однако, в тоже время, низкий потенциал ионизации является причиной и низкого напряжения на дуге, что снижает тепловую мощность дуги. Будучи тяжелее воздуха, аргон обеспечивает хорошую газовую защиту сварочной ванны (но только в нижнем положении сварки). Однако он может накапливаться в слабопроветриваемых помещениях у пола. При этом снижается содержание кислорода в воздухе, что может вызвать кислородную недостаточность и удушье у электросварщика. В местах возможного накопления аргона необходимо контролировать содержание кислорода в воздухе приборами автоматического или ручного действия с устройством для дистанционного отбора проб воздуха. Объемная доля кислорода в воздухе должна быть не менее 19%.

Аргон выпускается согласно ГОСТ 10157-79 двух сортов: высшего и первого. Высший сорт рекомендуется использовать при сварке ответственных металлоконструкций из активных и редких металлов и сплавов, цветных металлов. Аргон первого сорта применяют для сварки сталей и чистого алюминия.

Гелий - бесцветный, неядовитый, негорючий и невзрывоопасный газ. Значительно легче воздуха и аргона, что понижает эффективность защиту сварочной ванны при сварке в нижнем положении, но способствует лучшей защите при сварке в потолочном положении. Гелий используется реже, чем аргон, из-за дефицитности и высокой стоимости. Однако, из-за высокого потенциала ионизации, при одном и том же значении тока дуга в гелии выделяет в 1,5-2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительно повышает скорость сварки. Для сварки используется гелий трех сортов: марок А, Б и В (по ТУ 51-689-75). Применяют его в основном при сварке химически чистых и активных материалов и сплавов, а также сплавов на основе алюминия и магния.

Часто используются смеси аргона и гелия, причем оптимальным составом считается смесь, содержащая 35-40% аргона и 60-65% гелия. В смеси в полной мере реализуются преимущества обоих газов: аргон обеспечивает стабильность горения дуги, гелий – высокую степень проплавления.

При сварке меди используется азот, так как он к ней химически нейтрален, т.е. не образует с ней никаких химических соединений и в ней не растворяется.

Активные газы

Углекислый газ (двуокись углерода) - бесцветен, не ядовит, тяжелее воздуха. При нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 0°С) плотность углекислого газа в 1,5 раза выше плотности воздуха. Углекислый газ хорошо растворяется в воде. Жидкая углекислота - бесцветная жидкость, плотность которой сильно изменяется с изменением температуры. Вследствие этого она поставляется по массе, а не по объему. При испарении 1 кг жидкой углекислоты в нормальных условиях образуется 509 л углекислого газа.

Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. Однако при концентрациях более 5% (92 г/м 3 ) двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека. Так как двуокись углерода в 1,5 раз тяжелее воздуха она может накапливаться в слабопроветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать удушье. Помещения, где производится сварка с использованием двуокиси углерода, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией.

Основными примесями углекислого газа, отрицательно влияющими на процесс сварки и свойства швов, являются воздух (азот воздуха) и вода. Воздух скапливается над жидкой углекислотой в верхней части баллона, а вода – под углекислотой в нижней части баллона. Повышенное содержание воздуха и водяных паров в углекислоте может при сварке привести к образованию пор в швах, которые чаще всего появляются в начале и конце отбора газа из баллона. Чтобы снизить содержание влаги в поступающем на сварку углекислом газе до безопасного уровня, на его пути устанавливают осушитель. Для улавливания влаги осушитель заполнен хлористым кальцием, силикагелем или другими поглотителями влаги.

При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой углекислоты газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом. Во избежание этого рекомендуется подогревать выходящий из баллона углекислый газ. Для этого используют электрические подогреватели газа, которые устанавливаются перед редуктором.

Углекислый газ оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие. Из легирующих элементов ванны наиболее сильно окисляются алюминий, титан и цирконий, менее интенсивно - кремний, марганец, хром, ванадий и др.

Кислород - это бесцветный нетоксичный газ без запаха. Является сильным окислителем. Накопление кислорода в воздухе помещений создает опасность возникновения пожаров. Поэтому объемная доля кислорода в рабочих помещениях не должна превышать 23 %. В зависимости от содержания кислорода и примесей технический газообразный кислород изготовляют трех сортов. Содержание кислорода в первом сорте должно быть не менее 99,7 об. %, во втором - не менее 99,5 об. % и в третьем - не менее 99,2 об. %.

В сварочном производстве кислород широко применяют для газовой сварки и резки, а также при дуговой сварке как составную часть защитной газовой смеси. Кислород уменьшает поверхностное натяжение металла, и поэтому с увеличением его содержания в смеси на основе аргона критический ток (перехода крупнокапельного переноса в мелкокапельный, см. Сварка плавящимся металлическим электродом в защитных газах (МIG/МАG)) уменьшается. Обычно содержание кислорода в смеси с аргоном не превышает 2-5%. В такой среде дуга горит стабильно. Перенос металла мелкокапельный с минимальным разбрызгиванием.

Азот - бесцветный газ, без запаха, не горит и не поддерживает горение. В сварочном производстве азот находит ограниченное применение. Азот не растворяется в расплавленной меди и не взаимодействует с ней, и поэтому может быть использован при сварке меди в качестве защитного газа. По отношению к большинству других металлов азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить. Азот также применяется при плазменной резке и как компонент газовой смеси при сварке аустенитной нержавеющей стали.

Водород - не имеет цвета, запаха и является горючим газом. Водород редко используют в в качестве защитного газа. Так как смеси водорода с воздухом или кислородом взрывоопасны, при работе с ним необходимо соблюдать правила пожарной безопасности и специальные правила техники безопасности. При работе с водородом необходимо следить за герметичностью всех соединений, т.к. он образовывает с воздухом взрывчатые смеси в широких пределах.

Смеси защитных газов

Иногда является целесообразным употребление газовых смесей. За счет добавок активных газов к инертным удается повысить устойчивость дуги, увеличить глубину проплавления, улучшить формирование шва, уменьшить разбрызгивание, повысить плотность металла шва, улучшить перенос металла в дуге, повысить производительность сварки. Существенное значение при выборе состава защитного газа имеют экономические соображения.

Смесь аргона и гелия. Газовые смеси гелий-аргон применяются в основном для сварки цветных металлов: алюминий, медь, никелевых и магниевых сплавов, а также химически активных металлов. Оптимальным является соотношение 35 - 40% аргона и 60 - 65% гелия. Так в полной мере реализуются преимущества обоих газов: аргон обеспечивает стабильность дуги, гелий - высокую глубину проплавления.

Смеси аргона с кислородом или углекислым газом. Благодаря добавке окислительных газов обеспечивается существенное снижение поверхностного натяжения жидкого металла расплавляемой электродной проволоки, уменьшение размеров образующихся и отрывающихся от электрода капель. Расширяется диапазон токов при сохранении стабильного ведения процесса сварки. Обеспечивается лучшее формирование металла шва и меньшее разбрызгивание, лучшая форма провара и меньшее излучение дуги, по сравнению со сваркой в чистом аргоне, а также в чистом углекислом газе. При добавлении кислорода наблюдается снижение критического тока, при котором крупнокапельный перенос металла переходит в мелкокапельный.

В таблице ниже приводятся основные характеристики газовых смесей для сварки МИГ/МАГ.

Выбор защитного газа для сварки

Работники авторемонтных мастерских, монтажники и другие специалисты по сварочным работам в ходе сварки нередко применяют природный газ и разнообразные газовые смеси. О том, какие бывают газы, об их особенностях и свойствах вы узнаете из нашей статьи. Мы приведем также рекомендации по выбору и использованию того или иного защитного газа при разных методах сварки и в зависимости от свариваемого материала.

Для чего нужны защитные газы при сварке и резке

Защитный газ является немаловажным компонентом, обеспечивающим производительность и достойное качество сварочного процесса. Наименование защитного газа говорит само за себя, он нужен для защиты твердеющего расплавленного сварочного шва от окисления, а также от имеющейся в воздухе влаги и примесей, способных снизить устойчивость шва к коррозийным процессам, привести к возникновению пор и ослабить прочность шва, повлияв на геометрию сварного соединения. К тому же защитный газ охлаждает сварочный пистолет.

Какие типы газов для сварки и резки используются: их свойства и особенности применения

В качестве защитных газов, применяемых для сварки, используются инертные и активные газы, а также их смеси.

1. Инертные газы для сварки. Инертными именуются газы, которые не способны к химическим реакциям и практически не растворяются в металлах. Атомы таких газов наделены наружными электронными оболочками, заполненными электронами, чем и объясняется их химическая инертность. К ним относятся аргон, гелий и их смеси.

Аргон (Ar) — инертный газ, не вступающий в химические реакции с расплавленным металлом и иными газами в зоне горения дуги. К достоинствам этого инертного газа относится то, что он на 38% тяжелее воздуха, аргон вытесняет его из зоны сварки и надежно изолирует сварочную ванну от контакта с атмосферой. Чаще всего Ar применяется в качестве защитного газа в процессе аргонодуговой TIG сварки, MIG/MAG сварки. Примеры свариваемых металлов при помощи аргона и особенности применения приведены ниже в таблице 1.

Аргон как защитный газ востребован:

в строительстве и машиностроении (при сварке деталей из высоколегированной стали; оперативная резка металлов, включая и толстые листы тугоплавких металлов);
в горнодобывающей промышленности и металлургии (выплавка металлов; удаление газовых включений из жидкой стали).

Гелий (He) как и Ar является химически инертным, но отличается от него тем, что гораздо легче воздуха, что делает защиту сварочной ванны более сложным процессом, требующим больших затрат защитного газа. Гелий применяется как инертный защитный газ в ходе сварки нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов, активных и химически чистых материалов. Он обеспечивает повышенное проплавление, в связи с чем, иногда используется с целью проплавления толстых металлических листов или получения шва специальной формы. Но из-за повышенного расхода и высокой стоимости гелия в сравнении с аргоном сфера его применения достаточно ограничена.

Гелий (He) как защитный газ используется:

при сварке нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов, химически чистых и активных материалов.

1.1. Инертные газовые смеси включают обычно аргон и гелий. Имея большую плотность, чем гелий, такие смеси обеспечивают более надежную защиту металла сварочной ванны от воздуха.

Если необходимо сварить химически активные металлы часто применяют инертную смесь, содержащую 60—65 об. % He, 40-35 об. % Ar. Инертные газовые смеси заметно дороже чистого аргона, но обеспечивают более интенсивное выделение теплоты электрической дуги в месте сварки. Это является значимым при полуавтоматической сварке металлов, характеризующихся высокой теплопроводностью.

2. Активные газы для сварки. Это газы, обеспечивающие защиту сварки от доступа воздуха и при этом вступающие в химические реакции со свариваемым металлом или физически растворяющиеся в нем.

Углекислый газ (CO2) (двуокись углерода) является бесцветным не ядовитым газом, растворимым в воде, он тяжелее воздуха. Газ углекислый для сварки не должен иметь минеральных масел, глицерина, сероводорода, соляной, серной и азотной кислоты, спирта, эфиров, аммиака, органических кислот и воды. Из-за редкости сварочной углекислоты 1 сорта для сварки применяется сварочная углекислота 2 сорта и пищевая углекислота. Но, повышенное содержание водяных паров в такой углекислоте при сварке ведет к возникновению пор в швах и снижению пластических свойств сварного соединения.

В сварочном процессе может использоваться и твердая двуокись углерода, соответствующая ГОСТ 12162—66 двух марок — пищевая и техническая. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей применяется так же газовая смесь углекислого газа с кислородом (СО2 + + О2). Используют смесь, которая включает 30 об. % кислорода. Смесь СО2 + О2 оказывает более интенсивное окисляющее действие на жидкий металл, в отличие от чистого углекислого газа.

Углекислый газ в качестве защитного применяется:

в строительстве и машиностроении (электросварка; процессы тонкой заточки, холодная посадка частей машин)

Кислород (O) включен в газовые смеси СО2 + О2 и Аr + О2. Это бесцветный газ, не имеющий запаха, поддерживающий горение. В случае охлаждения до температуры -183 гр. Цельсия кислород превращается в подвижную жидкость голубого цвета, а при температуре -219 гр. Цельсия замерзает. Кислород гарантирует очень широкий профиль сварного шва, характеризующийся неглубоким проплавлением, а также обеспечивает высокое тепловложение на металлической поверхности. Кислородо-аргонные смеси отличаются особым профилем проплавления сварочного шва, напоминающим «шляпку гвоздя».

Кислород как защитный газ бывает необходим:

в строительстве и машиностроении (кислородно-ацетиленовая газорезка и газосварка металлов, наплавка и напыление металлов, плазменный раскрой металлов)

Водород (H) не имеет цвета, запаха и является горючим газом. Водород не подходит для мартенситных или ферритных сталей из-за образования трещин, он может использоваться в концентрации от 30 до 40% с целью плазменной резки нержавеющей стали - для повышения мощности и уменьшения шлака.

Водород нашел применение при атомно-водородной сварке.

Азот (N) - газ без цвета и запаха, который не горит и не поддерживает горение. В соответствии с ГОСТом 9293—59, азот бывает четырех сортов: электровакуумный, газообразный газообразный 1-го сорта, газообразный 2-го сорта и жидкий. Включение азота в этих сортах должно быть соответственно не менее об.%: 99,5; 99,9; 99 и 96. Главной примесью в каждом из них является кислород.

Азот в качестве защитного газа чаще всего используется:

2.1. Смеси инертных и активных газов все чаще используются в процессе сварки плавящимся электродом сталей различных классов по причине их технологических преимуществ. К ним относятся:

высокая стабильность дуги, благоприятный характер переноса электродного металла через дугу,
меньшая, если сравнивать с активными газами степень химического воздействия на металлическую поверхность сварочной ванны.

Добавка к аргону незначительного количества кислорода либо иного окислительного газа существенно увеличивает устойчивость горения дуги, и улучшает качество образования сварных соединений. Кислород в атмосфере дуги обеспечивает мелкокапельный перенос электродного металла.

Выбор газа для определенного типа свариваемого металла

Какой газ используется при сварке того или иного металла, один из самых часто встречаемых вопросов новичков в сварке на тематических форумах. Примеры применения разнообразных защитных газов и газовых смесей для сварки различных металлов приведены в таблице.

Грамотно определив тип защитного газа, вы обеспечите оперативность и качество сварки, а также гарантируете отличное сварное соединение и глубину проплавления, повысите надежность созданного шва и качество детали. Выбор подходящего защитного газа и его качество значительно влияют на расход сварочных материалов, труд исполнителя сварки и на исправление дефектов и итоговую обработку сварочного соединения.

Если у Вас имеются какие-либо вопросы по теме, рекомендуем найти самую актуальную информацию на нашем сайте, или напрямую обратиться к консультантам компании Тиберис.

Выбираем сварочный защитный газ

Газ активно используется при сварке. В одних случаях он выступает топливом, за счет которого происходит горение факела и расплавление металла. В других случаях он предотвращает взаимодействие уже расплавленного металла с внешней средой. Тогда его роль защитная. Какие бывают виды защитных газов и для сварки каких металлов они подходят, рассмотрим в этой статье.

В этой статье:

Как действует защитный газ

В твердом виде металлы вступают в медленные химические реакции. Например, окисление нелегированной стали кислородом, находящимся в воздухе и воде, может длиться годами. Поэтому ржавчина проступает в виде небольшой точки на поверхности, потом разрастается и только спустя годы появляется сквозная коррозия.

Когда металл расплавляется, он становится открыт для быстрых химических реакций. Например, во многих сталях в составе есть углерод. Это активное вещество, взаимодействующее с кислородом, присутствующим в воздухе. Если при помощи электрической дуги создать сварочную ванну, но никак ее не защитить, молекулы углерода начнут притягиваться к молекулам кислорода, вырываясь из расплавленного металла. Когда ванна застынет, вся поверхность будет пронизана порами. Ни о какой герметичности и прочности соединения здесь не может быть и речи.

Защитный газ при сварке изолирует расплавленный металл от взаимодействия с внешней средой. В результате:

Дополнительная роль защитного газа — охлаждение шва после сварки. Если прекратить подачу смеси сразу при затухании электрической дуги, не до конца застывший металл успеет вступить в реакцию с кислородом и появится кратер. Такая точка на замке кольцевого шва водопроводной трубы станет причиной протечки. Пост подача газа позволяет быстрее остудить стык, продолжая при этом его защиту, и скорее перейти сварщику на следующую задачу.

В каких видах сварки применяются защитные газы

Защитные газы применяются в двух видах сварки:

Отличия по свойствам защитного газа

Защитные газы при сварке бывают инертными и активными. Еще практикуется смешивание их между собой или соединение нескольких инертных газов. Возможны тройные объединения.

Инертные

Инертные — относятся к VIII группе периодической системы Д. Менделеева. Они нейтральны к большинству других химических веществ, поэтому при соприкосновении с расплавленным металлом проявляют пассивность. Газ никак не реагирует на водород, а значит сварочная ванна не бурлит. Это объясняется тем, что молекулы газа насыщены электронами, отталкивающими любые молекулы других веществ, не давая вступать в соединение.

Обозначаются инертные газы в названии сварки буквой "I", что означает Inert. Встречаются в аббревиатурах MIG (Metal Inert Gas) и TIG (Tungsten Inert Gas). Примеры инертных газов — аргон и гелий.

Активные

Активные — способны взаимодействовать с расплавленным металлом, изолируя его при этом от внешней среды. Могут растворяться в сварочной ванне. По свойствам активные газы подразделяются на окислительные (углекислый газ), восстановительные (водород) и газы с выборочной активностью. Последние вступают в реакцию только с определенными металлами, оставаясь к другим нейтральными. Например, азот активен только для алюминия и черных сталей.

Смешанные

Некоторые виды активных и пассивных газов смешиваются, что позволяет улучшать защиту сварочной ванны и облегчать наложение шва. Такие смеси обозначаются как MIX и содействуют:

Один из самых распространенных примеров смеси — 80% аргона и 20% углекислоты. Иногда бывает 75/25%. Его используют для полуавтоматической сварки черных металлов.

Другие миксы состоят только из инертных газов. Смешиванию подвергаются аргон и гелий (40/60% или 35/65%), благодаря чему сварочная ванна защищена еще лучше. Такой микс содействует выделению тепла в зоне сварки, повышая глубину провара.

Какой конкретно газ выбирать для сварки и резки

Рассмотрим распространенные сварочные защитные газы, их свойства и применение, что упростит выбор для конкретной задачи.

Аргон (Ar)

Инертный газ, остающийся пассивным ко всем видам металлов. Не имеет запаха и цвета. Поставляется в серых баллонах с зеленой надписью. Чаще всего используется при аргонодуговой и полуавтоматической сварке легированных сталей, тугоплавких металлов, алюминия, меди. Как микс подходит для сварки углеродистых и малоуглеродистых сталей. Аргон тяжелее воздуха на 38%, поэтому эффективно вытесняет его из сварочной ванны, чем обеспечивает надежную защиту.

Углекислый газ (СО2)

Активный газ, без цвета и запаха, но с кислым вкусом. Не ядовит, растворяется в воде, взаимодействует с кислородом. Тяжелее воздуха, поэтому надежно изолирует расплавленный металл. Поставляется в черных баллонах с желтой надписью. Задействуется в полуавтоматической сварке MAG. Привлекателен низкой ценой, но выделяется повышенным разбрызгиванием металла и менее стабильной электрической дугой. При сварке с использованием углекислоты раздается характерный треск.

Чаще всего используется для кузовного ремонта, холодной посадки частей машины и пр. Хорошее качество шва обеспечивается применением углекислого газа 1 сорта. В нем нет азотной кислоты, спирта, эфиров и аммиака. Допускается использование пищевой углекислоты или газа 2 сорта, но из-за увеличенного содержания водяных паров снижаются пластические свойства стали и возможна повышенная пористость шва. Для соединения низколегированных и малоуглеродистых сталей можно подключать баллоны со смесью 30% кислорода и 70% углекислоты, но тогда окисляющие процессы увеличиваются.

Гелий (Не)

Инертный газ, поставляемый в коричневых баллонах с белой надписью. Чистый гелий легче воздуха, поэтому для полноценной защиты сварочной ванны понадобится большой расход. Зато гелий содействует лучшему проплавлению за счет повышенного тепловложения. Подходит для сварки толстых легированных сталей и химически активных металлов. Но стоит чистый гелий дорого и применяется только на специфических производствах. Чаще оправдано использование смеси гелия с аргоном в пропорции 60/40%.

Газ без запаха и цвета. Вещество не горит, не поддерживает горение. Поставляется в черных баллонах с желтой надписью. По ГОСТу 9293-59 бывает 4-х сортов, с содержанием от 96 до 99.5%, остальное — кислород. Подходит для сварки меди.

Кислород

Активный, бесцветный, негорючий газ. Поставляется в синих баллонах с черной надписью. В чистом виде используется только для газопламенной резки и газовой сварки, поскольку активно поддерживает горение.

Для электросварки подается в качестве смеси с углекислотой или тройной смеси с углекислотой и аргоном. Содействует повышению тепловложения на поверхности материала, из-за чего форма проплавления становится не клиновидной, а в виде "гвоздя со шляпкой". Добавка кислорода улучшает капельный перенос металла. Подходит для сварки черных тонких металлов.

Водород

Активный газ, без запаха, цвета, поставляемый в зеленых баллонах с красной надписью. Используется при сварке только в смесях. Концентрация не превышает 10%. Применяется при сварке аустенитной нержавеющей стали. Смеси, где содержание водорода достигает 30-40%, подходят для плазменной резки нержавеющей стали, повышая мощность дуги и снижая количество нависающего на краях шлака.

При сварке чистой углекислотой дуга может немного гулять, повышается разбрызгивание металла. Аналогичный процесс в среде аргона и углекислоты проходит гораздо спокойнее, но стоит микс дороже. Для ответственных швов рекомендуем использовать защитный газ Ar+CO₂, а приварить пороги авто можно и дешевой углекислотой.

Баллоны с защитным газом бывают емкостью от 10 до 40 литров. Чем больше емкость, тем реже придется менять баллон при активной сварке. Но с увеличением вместимости, возрастает и вес. Например, баллон аргона 40 литров весит более 80 кг. Часто переставлять его неудобно, поэтому большие баллоны подходят только для стационарного рабочего места. Для выездной деятельности лучше купить баллон 10 л.

Покупая сварочный баллон, проверьте дату следующего технического освидетельствования. Она не должна быть просрочена. При обмене пустого баллона на полный в специализированном пункте, смотрите тоже на дату ТО, но дополнительно оцените латунный вентиль. Он не должен быть погнут (иногда такое бывает от падения). Посмотрите на резьбу, куда будете прикручивать редуктор. Она не должна быть побита, иначе гайка не накрутится. Транспортировку баллона (пустого или полного) осуществляйте в защитном колпаке на вентиле.

Для каждого металла эти показатели разные. Для сварки черных или нержавеющих сталей настройте 0.5 с предпродувку и 5 с постродувку.

Если речь идет о защитных газах при сварке, которые не горят (углекислота, аргон, микс, гелий), то обязательного расстояния, на которое должны быть удалены баллоны нет. Но падающие искры на редуктор, манометр, газовый шланг вряд ли пойдут на пользу оборудованию, поэтому располагайте баллон на дистанции 2-3 м. Это поможет не толкнуть его случайно при перемещении сварщика по рабочему месту.

Читайте также: