Особенности сварки в защитных газах

Обновлено: 20.09.2024

Способы электродуговой сварки в защитных газах в настоящее время являются основными при изготовлении и сборке-сварке различных деталей и агрегатов ЛА.

Сущностью и отличительной особенностью этого вида дуговой сварки является защита расплавленного и нагретого до высокой температуры основного металла от вредного влияния воздуха защитными газами.

Защитные газы изолируют сварочную дугу и металл сварочной ванны от вредного воздействия окружающей среды. Используются инертные (Аr, Не) и активные (СO₂, N₂, H₂) газы, а также их смеси.

Инертные газы применяют для сварки химически активных металлов (титан, алюминий, магний и др.), а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по химическому составу с основным и присадочным металлом (например, при сварке высоколегированных сталей). Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия. Активные защитные газы, в отличие от инертных, вступают в химическое взаимодействие со свариваемым металлом, растворяются в нем и оказывают на него металлургическое воздействие. Основным активным газом, используемым для защиты зоны сварки, является углекислый газ (CO₂). Смеси газов в ряде случаев обладают лучшими технологическими свойствами, чем отдельные газы. Например, смесь углекислого газа с кислородом (2. 5%) способствует мелкокапельному переносу металла, уменьшению разбрызгивания (на 30. 40%), улучшению формирования шва. Применение смеси из 70% Не и 30% Аr позволяет увеличивать производительность при сварке алюминия, улучшает формирование шва и позволяет сваривать за один рабочий ход металл большей толщины.

На рис.2.9 представлена схема дуговой сварки в среде защитных газов.

Электрическая дуга 1 возбуждается между вольфрамовым электродом 2 и свариваемым изделием 3 и защищается от окружающей атмосферы струей газа (как правило, аргона) 4, подаваемого через сопло 5 сварочной горелки (рис.2.9 а) Вольфрамовый электрод находится внутри сопла горелки, что обеспечивает его охлаждение струей защитного газа и повышение стойкости против термического разрушения. Формирование металла шва может происходить как за счет оплавления кромок соединяемых деталей, так и за счет дополнительного введения в зону сварочной дуги присадочной проволоки. Защитный газ начинают подавать за 10. 15 с до начала сварки. Электрическая дуга возбуждается кратковременным разрядом тока высокой частоты и напряжения с помощью осциллятора. По окончании сварки дугу обрывают постепенно для заварки кратера. Для защиты охлаждающегося металла подачу газа прекращают через 10. 15 с после выключения сварочного тока.

В ряде случаев с целью экономии инертных газов, а также повышения технологических свойств защитной среды применяют горелки, конструкция которых обеспечивает комбинированную защиту двумя концентрическими потоками различных газов (рис.2.9 б). Например, внутренний поток 1 образуется аргоном, а внешний 2 углекислым газом. При сварке высокоактивных металлов (Ti, Zr, Та, W, Mo, Nb) необходимо защищать не только расплавленный металл, но и зону соединения, нагревающуюся при сварке до температуры более 300°С. Для этого применяют дополнительный насадок 1 (рис.2.9 в) с распределительной сеткой 2 для выхода защитного газа по длине шва. Наиболее эффективная защита металла шва и зоны термического влияния обеспечивается при сварке в камерах с контролируемой атмосферой. Камеры предварительно вакуумируются, а затем заполняются защитным газом (как правило, инертным) под небольшим давлением.

Аргонодуговая сварка- это процесс дуговой сварки, при котором в качестве защитного газа используется аргон. Применяют аргонодуговую сварку неплавящимися вольфрамовым или плавящимся электродами. В качестве плавящихся электродов используют сварочные проволоки, по химическому составу соответствующие свариваемым материалам.

Неплавящиеся электроды служат для возбуждения и поддержания горения сварочной дуги. Используют вольфрамовые электроды (стержни). Для повышения устойчивости горения дуги, стойкости электрода и его эмиссионной способности в состав вольфрамового электрода вводят обычно 1,5…3% окислов активирующих редкоземельных металлов (тория, лантана, иттрия).

Аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродомможет быть ручной и автоматической, с подачей и без подачи присадочной проволоки. Процесс применяется главным образом для металлов толщиной не более 5 мм. Большинство материалов сваривают на постоянном токе прямой полярности, а сварку алюминия, магния бериллия и ряда высоколегированных сталей - на переменном токе.

При сварке на прямой полярности (минус на электроде) создаются лучшие условия для термоэлектронной эмиссии, обеспечивается достаточно высокая стойкость вольфрамового электрода и используются большие сварочные токи. Сварочная дуга при прямой полярности легко возбуждается и горит устойчиво при напряжении 10…15 В в широком диапазоне сварочных токов.

При обратной полярности (минус на изделии) возрастает напряжение на дуге, уменьшается устойчивость ее горения, резко уменьшается стойкость вольфрамового электрода против термической эрозии, повышается температура его нагрева и расход. Однако сварочная дуга при обратной полярности обладает важными и положительными технологическими свойствами. При ее воздействии на свариваемый металл с его поверхности легко удаляются окислы и загрязнения. Это объясняется тем, что при обратной полярности поверхность свариваемого металла бомбардируется тяжелыми положительно заряженными ионами аргона, которые, перемещаясь под действием электрического поля от плюса (электрод) к минусу (изделие), разрушают окисные пленки на поверхности свариваемого металла, а выходящие с катода (поверхности изделия) электроны способствуют удалению разрушенных окисных пленок. Этот процесс разрушения и удаления окисной пленки с поверхности свариваемого металла называется катодным распылением. Данное свойство сварочной дуги обратной полярности используют при сварке Al, Be, Mg и их сплавов, на поверхности которых всегда присутствуют химически активные и механически прочные окисные пленки.

Следует отметить, что при сварке на постоянном токе обратной полярности стойкость вольфрамового электрода против термической эрозии и разрушения недостаточна, поэтому сварку Al, Be, Mg и их сплавов чаще ведут на переменном токе. При этом разрушение и удаление окисной пленки, т.е. процесс катодного распыления, происходит в те полупериоды, когда свариваемое изделие является катодом. Таким образом, при сварке неплавящимся электродом на переменном токе в определенной степени реализуются преимущества дуги прямой и обратной полярности, т.е. обеспечиваются и стойкость вольфрамового электрода, и разрушение окисных пленок.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом применяется для сварки цветных металлов (Al, Mg, Cu, Ti и их сплавов) и легированных сталей. Этот вид сварки является механизированным, её выполняют на автоматах и полуавтоматах. Сварка в защитных газах плавящимся электродом осуществляется, как правило, на постоянном токе обратной полярности, что позволяет максимально использовать теплоту сварочной дуги и увеличить глубину проплавления на единицу сварочного тока. К основным параметрам режима сварки плавящимся электродом относятся: сила тока, его полярность, напряжение на дуге, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, состав и расход защитного газа, скорость сварки. Сварочный ток, сила которого определяет размеры шва и производительность процесса, зависит от диаметра проволоки и устанавливается в соответствии со скоростью её подачи.

Механизированную сварку выполняют обычно при меньшей силе тока, чем автоматическую. Сварку плавящимся электродом можно выполнять в различных пространственных положениях, используя проволоку диаметром до 2 мм. Сварка швов, расположенных в нижнем положении, выполняется проволокой диаметром 1,2. 3,0 мм.

Отличительной особенностью сварки в углекислом газе плавящимся электродомявляется необходимость применения электродных проволок с повышенным содержанием элементов-раскислителей (кремния и марганца), компенсирующих их выгорание в зоне сварки и предотвращающих дополнительное окисление металла шва и образование в нем пор. Для углеродных сталей в основном используют сварочные проволоки марок Св-10ГС, Св-08Г2С. Причины возможного окисления и образования пор при сварке в углекислом газе следующие. Под действием теплоты сварочной дуги углекислый газ диссоциирует с образованием атомарного кислорода по реакции:

Атомарный кислород окисляет железо и легирующие элементы, содержащиеся в стали

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:

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:

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

Сварка в углекислом газе характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью. К недостаткам её относятся: повышенное разбрызгивание расплавленного металла и не всегда удовлетворительный внешний вид сварного шва.

Основные преимущества сварки в защитных газах:

высокая производительность (примерно в 1,5. 2 раза выше, чем при автоматической дуговой сварке под флюсом) за счет использования большой плотности тока на единицу поперечного сечения электродной проволоки и отсутствия необходимости зачистки поверхности шва от шлака;

высокое качество шва за счет надежной защиты зоны сварки от взаимодействия с окружающей средой;

возможность сварки в различных пространственных положениях, получение соединений практически любой формы и конфигурации;

узкая зона термического влияния и относительно небольшие деформации изделий ввиду высокой концентрации теплоты сварочной дуги;

возможность сварки металлов различной толщины (от долей миллиметра до десятков миллиметров);

широкие возможности механизации и автоматизации процесса сварки;

возможность наблюдения и корректирования процесса сварки.

Недостатками сварки в защитных газах является открытая дуга, что повышает возможность поражения оператора-сварщика световым излучением, и необходимость защиты зоны сварки от сквозняков (при местной защите), что осложняет применение этого способа сварки в монтажных условиях на открытом воздухе.

Как варить металлы в газозащитной среде

Виды и способы сварки

Сварка в среде защитных газов позволяет получить чистые и ровные швы, а также обеспечивает крепкое сцепление материалов. Попадание лишних веществ в точку плавки оказывает негативное влияние на результат. Защитить от этого могут газообразные элементы. Благодаря им с металлом соприкасаются только электрод и присадочные материалы. Технология позволяет избежать появления шлака и трещин.

Сущность сварки в среде защитных газов

При сварочных работах источником нагрева служит электрическая дуга.

Для заполнения щели между металлическими деталями используются 2 вида электродов: вольфрамовый или плавящийся. В первом случае расплавляются кромки изделия, а во втором – сам материал.

На процесс негативно влияет О2 и N из воздуха. Поэтому для защиты дуги нужны следующие виды газообразных веществ:

активные – азот, водород;
инертные – аргон и гелий;
смесь 2 групп.

Выбор защитной среды зависит от химического состава металла, желаемого результата и бюджета.

Необходимые схемы и таблицы

Существует несколько способов подачи газовой среды:

Дуговая сварка в защитном газе улучшает качество соединения, делает его чистым и аккуратным. Методы защиты показаны на схеме.

Физические свойства веществ:

Газ	Теплопроводность	Теплоемкость	Плотность
Ar	0,19	0,524	1,784
He	1,66	5,242	0,178
CO2	0,19	0,821	1,978
H2	2,36	14,246	0,090
O2	–	0,916	1,429
N2	0,29	1,038	1,251

Технология газозащиты: как это работает

В точку плавления горелкой подается смесь газов. Она снимает напряжение, в результате шов получается чистым, без трещин и пор. Вся металлоконструкция становится прочнее.

Какими свойствами обладает газ

Газообразные вещества делятся на те, которые вступают в реакцию с металлическими деталями, и те, которые не оказывают металлургического воздействия.

Первые улучшают химические свойства конструкции, делают спайку прочнее. Вторые нужны для улучшения свойств дуги, уменьшения брызг.

Используемые в работе газы

В промышленности чаще используются смеси нескольких элементов. Отдельно могут применяться такие субстанции: водород, азот, гелий, аргон. Выбор зависит от металлического сплава и от желаемых характеристик будущего шва.

Инертные вещества

Эти примеси придают стабильность дуге и позволяют проводить глубокую спайку. Они защищают металл от воздействия среды, при этом не оказывают металлургического воздействия. Их целесообразно использовать для легированной стали, алюминиевых сплавов.

Активные элементы

Особенность сварки в том, что соединения вступают в реакцию с заготовкой и меняют свойства металла. В зависимости от вида металлического листа подбираются газовые субстанции и их пропорции. Например, азот активен к алюминию и инертен к меди.

Распространенные смеси газов

Активные вещества смешивают с инертными, чтобы увеличить устойчивость дуги, повысить производительность работ, изменить форму шва. При таком способе часть электродного металла переходит в область плавления.

Самыми популярными считаются следующие сочетания:

Аргон и 1-5% кислорода. Используется для легированной и низкоуглеродистой стали. При этом понижается критический ток, улучшается внешний вид, осуществляется профилактика появления пор.
Углекислый газ и 20% О2. Применяется для углеродистого стального листа при работе плавящимся электродом. Высокая способность смеси к окислению дает глубокое проплавление и четкие границы.
Аргон и 10-25% СО2. Используется для расплавляемых элементов. Это сочетание увеличивает стабильность дуги и надежно защищает процесс от сквозняков. Добавление СО2 при сварке углеродистой стали позволяет добиться однородной структуры без пор. При работе с тонкими листами улучшается формирование шва.
Аргон с СО2 (до 20%) и О2 (до 5%). Применяется для легированных и углеродистых стальных конструкций. Активные газы помогают сделать место плавки аккуратным.

Плюсы и минусы сварки в среде защитных газов

Широкий диапазон подходящих веществ обеспечивает большое распространение такого способа в промышленности. Основные преимущества:

удобство процесса, т.к. можно варить из разных положений;
отсутствие шлака и флюса;
высокое качество швов на разных металлах;
возможность наблюдения за справкой деталей;
легкость механизации и большая производительность;
невысокая стоимость.

Недостатками метода можно назвать:

световую и тепловую радиацию дуги;
опасность газовой аппаратуры;
необходимость остывания горелок;
отклонение струи газа движением воздуха.

Особенности сварочных работ

Главное отличие от других технологий сварки: дуга находится в струе защитного газа, который оттесняет окружающую среду. Это исключает контакт расплавленного металла с азотом и кислородом.

Как подготовить кромки и собрать их

Несмотря на преимущества метода сварки, перед началом работ нужна подготовка .

Если ею пренебречь, на выходе получится брак. Этапы:

выравнивание;
очистка от коррозии;
удаление заусенцев;
нагрев.

Выбор проволоки и метод ее подачи

Самая важная характеристика, на которую нужно обращать внимание – прочность металла шва. Она предполагает отсутствие пор и трещин, высокое качество спайки. Чтобы этого добиться, используются следующие добавки:

Они препятствуют соединению кислорода с углеродом и образованию угарного газа СО. В результате остается только безвредный шлак.

Увеличение Mn и Si влияет на форму шва и текучесть ванны. Остальные элементы делают ее вязкой. Такая проволока хорошо подходит для варки труб.

Маркировка электрода состоит из:

цифры, означающей диаметр в миллиметрах;
индекса “св”;
процента содержания углерода;
буквенного обозначения химического элемента, который содержится в материале;
среднего содержания этого вещества.

Метод подачи электрода зависит от аппарата. При ручной спайке все делает специалист.

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов предполагает, что проволока подается автоматически.

Режимы сварки в газовой среде

Сварочные работы в защитном газе включают следующие характеристики:

Существуют стандартные значения для металлических сплавов и химических элементов защиты, они указаны в ГОСТах.

Расчет расхода газа

Есть несколько способов посчитать, сколько газовой смеси израсходуется во время сварки. Нужно учитывать вид производства – массовое или единичное. Для мелкосерийного изготовления деталей можно применять следующую формулу:

N=PxR, где P – расход проволоки в килограммах, а R – коэффициент затрат газа на 1 кг электродов. Последний рекомендуется указывать в пределах 1,15-1,3.

Какое оборудование применяется в сварке

Чаще всего применяются инверторы полуавтоматического класса. На них можно регулировать силу тока и подаваемое напряжение. Одновременно они служат источником питания. На рынке представлен широкий выбор агрегатов, различающихся мощностью и дополнительными опциями. Если варится металл средней толщины из популярных сплавов, достаточно простой модели.

Полуавтомат для сварки

Сварочные аппараты с функцией подачи защитной среды разделяются на 2 типа: локальный и общий. В первом случае газ поступает напрямую из сопла. Этот вид наиболее популярен в промышленности. Он подходит не для всех изделий, но позволяет получить удовлетворительный результат. Если конструкция слишком большая, в зону плавления может попасть воздух, тогда качество сильно упадет.

Для крупногабаритных деталей рекомендуется использовать агрегаты с функцией регулировки атмосферы. Она работает следующим образом:

Дополнительные комплектующие

Кроме автоматического аппарата в работе используются следующие аксессуары:

Присадочные прутья. Необходимы для создания аккуратного шва на сложных металлах – цветных, нержавеющих, стальных. Состав выбирается в зависимости от металлического сплава. Выполняют роль припоя в паре с неплавящимся электродом.
Проволока. Дополнительный элемент электродуговой сварки с аргоном. Подается автоматически из катушки, установленной на инверторе. Как и прутья, расплавляется в ровную дорожку при работе неплавящимся электродом.
Шланги и фитинги. Это расходный материал, который периодически изнашивается и требует замены. Рекомендуется выбирать шланг такой длины, чтобы между аппаратом и рабочей зоной оставалось достаточно пространства.

Системы для подачи проволоки

При ручном способе сварки за продвижение прута отвечает сам мастер. Но есть и автоматические механизмы, где специалисту нужно только контролировать процесс. Они работают независимо от сварочного аппарата. Преимущество в том, что они позволяют регулировать скорость движения, которая зависит от силы тока.

Системы подачи проволоки могут быть стационарными или передвижными. Первые устанавливают на инвертор. Вторые можно использовать на разных агрегатах. Недостаток обоих видов в том, что они требуют обслуживания и имеют сложную конструкцию. Специалист, не обладающий техническими знаниями, не сможет их обслуживать.

Инструкция по сварке разными способами

Существует 2 техники сварочных работ:

Встык. Перед началом нужно точно подогнать детали, чтобы между ними не было зазоров. Используется, когда нужна высокая точность, например, при замене части листа. В этом случае выполняется единый шов, затем его зачищают.
Внахлест. Одна деталь накладывается на другую. Можно не подгонять кромки друг к другу. Не требует большого опыта от сварщика, в отличие от предыдущего способа.

Ручной метод сваривания в камере

Если нужен непосредственный контроль процесса, сварка происходит в комнате, которая заполняется газом. Специалист работает в скафандре с индивидуальной системой дыхания. Это сложная работа, которая требует высокой квалификации.

С неплавящимся электродом

В качестве защитной среды используются инертные газы: аргон, гелий. Может использоваться присадочная проволока для заполнения шва. Она должна быть изготовлена из того же материала, что и деталь. Она может подаваться вручную или с помощью автоматических приборов.

С плавящимся электродом

Проволока или металл должны быть близки по химическому составу к свариваемой конструкции. Они расплавляются, и получается крепкое, ровное соединение. Такой способ обеспечивает глубокое проплавление при маленькой сварочной ванне. За счет этого вырастает коэффициент полезного действия.

Импульсно-дуговая сварка

Этот метод заключается в наложении импульсов дополнительного тока на основной. Это позволяет сделать дугу устойчивой, а значит, металл по всей длине после проплавки имеет одинаковое качество.

Использование трехфазной дуги

При этом способе электрический разряд подается между тремя электродами, расположенными настолько близко, что теплая энергия действует в плавильном пространстве. Каждая из трех дуг имеет свою длительность горения. Последовательность задается чередованием фаз электрической дуги.

При принудительном формировании шва

Существуют устройства, удерживающие сварочную ванну. Они нужны, чтобы правильно сформировать место соединения деталей. Это могут быть вращающиеся диски, медные ползуны. Применяемые детали охлаждаются водой.

С дугой, управляемой магнитным полем

Это новый способ контроля процесса, при котором горение управляется напряженностью вокруг сварочной ванны. Во время сварки создаются области с густыми и редкими линиями индукции. Электрический разряд отклоняется между ними.

С вольфрамовым электродом

Это самый распространенный вид неплавящихся электродных материалов. Подходит для большинства металлов, в том числе для титана, бронзы, золота.

Преимущество в том, что пространственное положение и режим сварки могут быть любыми.

Другие варианты сварки

Отдельно можно выделить сварочные работы под флюсом. В процессе плавки он сгорает и выделяет защитный газ. После этого образуется безвредный шлак.

Дуговая сварка в защитном газе

Дуговая сварка в защитном газе позволяет получить швы исключительного качества: за счет блокирования доступа воздуха соединение получается без пор и шлаков. Однако это вовсе не означает, что технология сама делает свое дело, а от сварщика ничего не зависит.

Для получения качественного результата необходимо правильно провести подготовительные и основные манипуляции. В нашей статье мы расскажем, как проводится дуговая сварка в защитных газах, что нужно сделать перед началом работ и какие правила безопасности необходимо соблюдать.

Суть метода дуговой сварки в защитном газе

Нюансы названия аргонодуговой сварки (TIG) по ГОСТу

Отличительной чертой дуговой сварки в защитном газе является использование специальной газовой среды, которая предохраняет нагретый до высокой температуры и плавящийся металл заготовки и электрода от контакта с воздухом. Содержащийся в нем кислород вызывает окисление металла и отрицательно влияет на качество сварных соединений. Именно поэтому и прибегают к сварным работам в среде инертных или активных защитных газов. Они поступают в зону сварочной дуги, обтекая ее и заполняя сварочную ванну, тем самым предотвращая негативное воздействие кислорода на металлы.

Дуговая сварка в среде защитных газов обладает следующими достоинствами:

высокой производительностью, превышающей в 2-3 раза потенциал обычной технологии, не предполагающей использование защитных сред;
возможностью проведения работ в любом положении, отсутствием необходимости в последующей обработке сварных соединений от шлаков и окислов, отличной защитой рабочей зоны от негативного воздействия кислорода;
небольшой зоной нагрева заготовки;
незначительными деформациями свариваемых изделий и конструкций;
возможностью наблюдения за формированием сварного шва;
использованием как механических, так и автоматических сварочных аппаратов.

Что касается недостатков технологии, то они заключаются в относительно высокой стоимости работы, поскольку требуется специальная аппаратура, дорогостоящие защитные газы, расходные материалы.

Виды газов для дуговой сварки

Для этой технологии дуговой сварки используют инертные и активные газы.

Инертные – аргон и гелий – не вступают в реакцию с металлом заготовок. С их помощью соединяют алюминиевые, титановые и другие металлические изделия. Дуговая сварка в защитном газе с использованием неплавящихся электродов подходят для работы с тугоплавкими сталями.

Также для дуговой сварки в защитном газе используют азот, водород, кислород. Наиболее выгодным с экономической точки зрения является применение углекислого газа.

Защитные газы, используемые при сварных работах, обладают следующими отличительными характеристиками:

Аргон – невзрывоопасный, невоспламеняющийся, помогает получить качественный шов, надежно предохраняет сварную ванну от попадания атмосферного кислорода.
Гелий – переходит в сжиженное состояние при температуре -269 °С, поставляется в баллонах, где находится под давлением в 150 атм.
Углекислый газ – бесцветный, без запаха, выделяется из дымовых газов при помощи специальной аппаратуры.
Кислород – получают из атмосферного воздуха путем его охлаждения, газ способствует горению.
Водород – приобретает взрывоопасные свойства при контакте с воздухом, бесцветный и без запаха, требует неукоснительного соблюдения правил безопасности, способствует воспламенению.

Для дуговой сварки в защитном газе плавящимся электродом используют углекислый газ. Под воздействием температуры он распадается на угарный газ и кислород. Для предотвращения окисления металла пользуются присадками с кремнием и марганцем в составе.

Эти вещества, вступая между собой в химическую реакцию, приводят к образованию шлака, который покрывает сварной шов. Шлак не влияет на качество соединения, однако нуждается в устранении.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Прежде чем приступить к автоматической или ручной дуговой сварке в защитном газе, необходимо удалить воду из газового баллона, перевернув его. Процедура требует периодического повторения. Игнорирование этого процесса приведет к тому, что сварной шов получится низкокачественным и пористым.

Заготовки из меди и нержавейки сваривают в защитной среде аргона с использованием графитовых или угольных электродов. Защитный газ не вступает в химическую реакцию с названными металлами. Вольфрамовые стержни для этой технологии не подходят, поскольку быстро расходуются.

Существенное значение для получения качественного сварного соединения имеет правильная настройка аппаратуры. Необходимо ориентироваться на сложность работы, материал и толщину заготовок и т. п. В большинстве случаев дуговая сварка в защитном газе проводится на оборудовании с напряжением от 150 до 500 А, способным создать дугу мощностью от 22 до 30 В, расход газа в этом случае не превышает 10 л/мин.

Оборудование для дуговой сварки в защитном газе

Дуговую сварку в защитном газе чаще выполняют с помощью полуавтоматических инверторов, позволяющих регулировать напряжение и силу тока. Инверторы одновременно являются источниками питания. Производители выпускают оборудование с дополнительными опциями, однако для работы с заготовками из металлов средней толщины подойдут простые модели.

Полуавтоматические аппараты для сварки.

Оборудование для дуговой сварки в защитном газе бывает:

Локальным, в котором подача газа осуществляется из сопла напрямую. Это наиболее распространенные аппараты, которые не подходят для работы с крупногабаритными заготовками.
Общим, которое позволяет регулировать атмосферу в рабочей зоне. Аппараты оптимальны для работы с габаритными конструкциями.

Регулировка атмосферы происходит следующим образом:

откачка воздуха из внутренней полости;
закачка газа;
непосредственно сварные работы.

Для дуговой сварки в защитном газе, помимо сварочного аппарата, потребуются следующие расходные материалы и оборудование:

Присадочные прутки помогают выполнить аккуратный сварной шов на заготовках из сложных металлических сплавов (цветных, нержавеющих, стальных металлов). При выборе присадок ориентируются на состав материала обрабатываемой заготовки. Присадка и неплавящийся электрод выступают в качестве припоя.
Проволока используется при дуговой сварке в защитной среде аргона. Ее подача осуществляется автоматически из установленной на инверторе катушки. Наряду с прутьями используется для формирования шва при сварке неплавящимся электродом.
Шланги и фитинги – расходные материалы, которые периодически требуют замены. Длина шланга должна быть такой, чтобы между аппаратом и обрабатываемой деталью оставалось достаточное количество места.

Системы для подачи проволоки.

При ручной дуговой сварке в защитном газе проволоку в рабочую зону подает сварщик. В автоматическом оборудовании подача выполняется без участия мастера. Однако он может выбирать скорость подачи в зависимости от силы тока.

Системы подачи проволоки делятся на:

стационарные, устанавливаемые на инверторе;
передвижные, размещаемые на различном оборудовании.

При неоспоримых достоинствах они обладают и некоторыми недостатками: сложностью конструкции и нуждаемостью в периодическом обслуживании. Для этой работы требуется специалист, обладающий специальными познаниями.

Подготовительный этап перед дуговой сваркой в защитном газе

Подготовка к дуговой сварке в защитной газовой среде заключается в разделке кромок заготовок в соответствии с требованиями ГОСТ или других технических стандартов. При использовании механического оборудования сварщик может не разделять края деталей, полностью проваривая металл и не оставляя между кромками зазоров. Если соединяемые элементы располагаются на некотором расстоянии друг от друга либо произведена разделка их краев, то выполняется проварка, однако толщина шва не должна превышать 1,1 см. Если разделка боковых углов кромок не имеет откосов, то можно повысить производительность автоматической дуговой сварки.

При приварке происходит усадка металла, негативно влияющая на зазор между заготовками. Во избежание некачественного результата, детали крепятся друг к другу шарнирами под определенным углом в зависимости от размера деталей.

Дуговая сварка в защитном углекислом газе требует предварительной очистки поверхности заготовок от шлака и загрязнений. Для снижения уровня загрязнения в процессе работы детали обрабатывают специальными жидкими составами. Не требуется ждать полного высыхания жидкости до начала сварных работ. В дальнейшем конструкцию собирают с помощью клиньев, скоб, прихваток и т. п. До сборки изделие необходимо тщательно осмотреть.

Способы дуговой сварки в защитном газе

На предприятиях при проведении строительных работ используют автоматическое оборудование для дуговой сварки в защитном газе. Применение такой аппаратуры позволяет полностью контролировать весь процесс соединения заготовок. В то же время для бытовых нужд сварочные автоматы не подходят, поскольку являются сложными и дорогостоящими.

Техника безопасности при дуговой сварке в защитном газе

Защитная газовая среда предотвращает порчу металла во время сварных работ, однако газ представляет опасность для самого сварщика. Поэтому при дуговом способе соединения деталей важно соблюдать правила безопасности, пользоваться защитной одеждой, масками, перчатками. Поскольку кислород легко воспламеняется, использовать его нужно с особой осторожностью. Газовые баллоны хранятся и применяются при работе только в вертикальном положении. Нельзя пользоваться баллонами, у которых истек срок поверки, есть следы механических повреждений.

Проводить дуговую сварку в защитном углекислом газе можно только в хорошо проветриваемом помещении. Различные газовые среды требуют применения подходящих редукторов. Шланги не должны быть спутанными, а также не следует их подвергать воздействию открытого огня, искр, горячих и тяжелых предметов.

В помещении, в котором проводятся сварные работы, не должны присутствовать посторонние люди, домашние животные, легковоспламеняющиеся, горючие вещества и т. п.

Перед началом работы мастер проверяет исправность пусковой системы, герметичность шлангов. Дуговую сварку в защитном газе на неисправном оборудовании проводить запрещено. Закрытые, а также сырые помещения требуют от сварщика использования прорезиненной одежды и специальных ковриков. Запрещается работать с незакрепленными, плохо закрепленными заготовками и конструкциями, изделиями, расположенными на неустойчивых поверхностях, а также в условиях ограниченной видимости.

Дуговая сварка в защитной газовой среде эффективна, при этом легко выполнима как в промышленных, так и в бытовых условиях. Она требует минимальных затрат на оборудование и расходные материалы, при этом предлагая сварщику широкий круг возможностей.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Сварка в защитных газах

Сварка в защитных газах – одна из по-настоящему эффективных технологий обработки металлов. А все потому, что в ходе работы не поступает воздух к точке сваривания, который отрицательно сказывается на дальнейшей прочности заготовки. И это не все плюсы данного способа.

Ниже в статье вас ждет подробное описание самой процедуры, список применяемых защитных газов, практическое руководство по сварке своими руками, включая тонкости техники безопасности. С этой информацией вы станете более профессиональным и продуктивным специалистом.

Суть технологии сварки в защитных газах

Сварка в среде защитных газов (как автоматическая, так и полуавтоматическая) возникла относительно недавно, и в течение последних 25–30 лет происходило ее стремительное развитие. Многие ошибочно полагают, что этот метод используется только для сваривания тонколистовых конструкций из низкоуглеродистых сталей.

Но на практике посредством такой сварки соединяют и металлические изделия толщиной до 25–30 мм. И самое ценное то, что рабочий процесс можно выполнять в любом пространственном положении.

Дуговая сварка в защитном газе применяется для соединения сложных конструкций с высокими требованиями к выносливости и прочности: в промышленности, для соединения деталей автомобилей, всевозможных трубопроводов и т. д. Она используется для сварки цветных и черных металлов и сплавов на их основе. Наиболее часто применяется для сварки нержавеющей стали, титана, циркония, магния, алюминия и их сплавов. Для каждого металла и сплава используется определенная газовая смесь.

Преимущества и недостатки сварки в защитных газах

Благодаря широкому выбору используемых материалов такая технология стала очень востребована в разных сферах промышленности. Ее основными преимуществами являются:

удобство процесса, так как сварку можно выполнить из любого пространственного положения;
отсутствие флюса и шлака;
высококачественные швы на разных металлах;
возможность наблюдения за сваркой деталей;
простота механизации для увеличения производительности;
умеренные цены.

К недостаткам метода можно отнести:

тепловая и световая радиация дуги;
взрывоопасность газовой аппаратуры;
необходимость остывания горелок;
возможность наблюдения за сваркой деталей;

Виды защитных газов для сварки

Такая технология позволяет выполнять сварные швы как с помощью неплавящихся (чаще всего вольфрамовых), так и плавящихся электродов. При первом варианте сварной шов достигается в результате расплавления кромок детали и при подаче в зону дуги присадочной проволоки. Металл шва появляется в результате расплавления плавящегося электрода при сварке в защитных газах. Существуют три группы защитных газов:

только инертные газы – гелий, аргон;
только активные газы – водород, азот, углекислый газ и др.;
смесь активных и инертных газов из первой и второй групп.

Выбор необходимого типа защитного газа зависит от химического состава свариваемых металлов, технических требований к сварному соединению, необходимых экономических показателей процесса и других подобных факторов.

Для сварки углеродистых сталей плавящимся электродом в защитных газах пользуются смесью углекислого газа и кислородом (до 20 %). Это не только исключает пористость шва, но и обеспечивает его глубокое проплавление, хорошую форму, высокую окислительную способность.
Смесью аргона, углекислого газа (до 20 %) и кислорода (не более 5 %) пользуются для сварки плавящимся электродом легированных и углеродистых сталей. Добавление активного газа стабилизирует дугу, обеспечивает формирование швов и предупреждение пористости.
Смесь 10–25%-ного углекислого газа с аргоном используют для сварки плавящимся электродом в защитных газах. Добавление углекислого газа при сварке углеродистых сталей исключает появление пор, стабилизирует дугу и защищает зону сварки при сквозняках, при сварке тонкостенного металла способствует улучшению формирования шва.
Смесью аргона и кислорода (от 1 до 5 %) пользуются для сваривания низкоуглеродистых и легированных сталей плавящимся электродом. Добавление кислорода к аргону снижает значение критического тока, улучшает форму шва и предупреждает появление пор.
Смесью активных и инертных газов рекомендуется пользоваться и с целью увеличения производительности сварного процесса, металлургической обработки расплавленного металла, изменения формы шва и увеличения глубины проплавления, повышения устойчивости дуги. Во время сварки в газовой смеси становится интенсивнее переход электродного металла в шов.

Необходимое оборудование для сварки в защитных газах

Что касается аппаратуры, то следует отметить, что для сварки в защитных газах в большинстве случаев используются сварочные полуавтоматы. В них скорость подачи присадочной проволоки и параметры дуги определяются благодаря автоматическим элементам. Исполнителю остается только следить за скоростью и передвижением сварочных головок (горелок).

Наиболее предпочтительными для сварки в защитных газах являются комплексы MIG/MAG.

Важную роль при использовании саморегулирующихся сварочных систем играют источники питания. Они должны обладать жесткой электрической характеристикой с пологим падением тока. Форма сварочной горелки может быть как прямой, так и изогнутой. В зависимости от метода можно применять водяное или воздушное охлаждение. Изогнутая форма сопла облегчит проведение сварочных работ в труднодоступных местах.

Режимы сварки в защитных газах

Для операций такого типа чаще всего пользуются полуавтоматическими инверторными агрегатами. Они позволяют выполнить настройку подаваемого напряжения и электричества. Помимо этого, такие агрегаты выполняют функцию базовых источников питания, а их опции и мощность регулировки могут варьироваться в зависимости от используемой модели. При стандартных видах работ (когда не нужно обрабатывать толстостенные сплавы) подойдет обычная аппаратура.

Основные отличия автоматизированной дуговой сварки в защитных газах преимущественно заключаются в следующих параметрах: толщина металла, диаметр проволоки, сила электрического тока, подаваемое напряжение, скорость подачи контакта и расход газа. Их можно отобразить следующим образом:

15 см; 0,8 мм; 120 А; 19 В; 150 м/ч; 6 ед/мин;
7 мм; 1 мм; 150 А; 20 В; 200 м/ч; 7 ед/мин;
2 мм; 1.2 мм; 170 А; 21 В; 250 м/ч; 10 ед/минут;
3 мм; 1,4 мм; 200 А; 22 В; 490 м/ч; 12 ед/мин;
4-5 мм; 0,16 см; 250 А; 25 В; 680 м/ч; 14 ед/минут;
6 мм и более; 1,6 мм; 300 А; 30 В; 700 м/ч; 16 ед/мин.

Такие параметры считаются стандартными и предназначаются для процессов с применением углекислоты.

Электроды для сварки в защитных газах

Сварка производится как неплавящимися, так и плавящимися электродами. Неплавящиеся электроды (графитовые, угольные или вольфрамовые) необходимы только для возбуждения и поддержания горения дуги. Чтобы заполнить разделку свариваемых кромок в зоне дуги, необходимо ввести присадочный металл в виде проволоки или прутков. При этом графитовые или угольные электроды используют чаще всего только при работе с легированными сталями, потому что они не смогут обеспечить устойчивое горение дуги, в результате чего сварной шов будет пористый и иметь темный налет.

В основе плавящегося электрода используется сварочная проволока из металла, который по химическому составу близок к свариваемому металлу.

При полуавтоматической сварке в защитных газах используют неплавящиеся электроды и специальные инверторные шланговые сварочные полуавтоматы. Суть выполнения таких работ заключается в передвижении сварочной головки вдоль линии сварного шва одновременно при опоре на присадочную проволоку, имеющую сечение 1-2 мм.

При автоматической сварке в защитных газах могут использоваться как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды. Работы такого типа производятся на специальных автоматах с закрепленной головкой на вращающейся консоли. Тем самым появляется возможность одновременной обработки сразу на нескольких рабочих участках.

Руководство по сварке в защитных газах

Главным отличием от других методов сварки является то, что нахождение дуги происходит в струе защитного газа, вытесняющего окружающую среду. За счет этого исключается взаимодействие расплавленного металла с кислородом и азотом.

1. Подготовка и соединение кромок

Несмотря на ряд достоинств метода, перед началом сварки в среде защитных газов необходимо выполнить подготовку соединяемых деталей.

Во избежание брака, следует последовательно выполнить ряд таких действий:

произвести выравнивание поверхностей;
зачистить и удалить следы коррозии;
убрать заусенцы;
прогреть заготовки.

Методы подготовки кромок под сварку (механические, газовые и т. д.) ничем не отличаются от других видов сварок. Конфигурация кромочных разделок и их геометрические параметры должны быть выполнены в соответствии с техническими требованиями изделия или по ГОСТ 14771-76.

При автоматической или полуавтоматической сварке в защитных газах плавящимся электродом при толщине металла не более 8 мм можно выполнить полностью проваренный шов, даже не используя разделку кромок и не делая зазор между ними. При разделке кромок и зазоре полный провар можно получить при толщине стенки металла до 11 мм. При автоматическом виде сварки производительность изготовления стыковых соединений можно значительно увеличить, используя разделку без скоса кромок.

Для сварки металлических заготовок толщиной до 40 мм необходимо оставить зазор в нижней части стыка между кромками до 10 мм. Чтобы удерживать постоянное значение зазора в зоне сварки, нарушаемое по причине поперечной усадки, в каждом проходе сварки необходимо применить шарнирное закрепление деталей с таким углом раскрытия кромок, который будет соответствовать толщине обрабатываемого металла.

При многослойном выполнении сварки сталей с применением углекислого газа перед выполнением каждого последующего слоя необходимо всю поверхность наложенного слоя тщательно зачистить от шлака и брызг. Чтобы свести к минимуму появление металлических брызг, на поверхность детали из углеродистой стали можно нанести слой с помощью специального аэрозольного препарата типа «Дуга».

Проводить сварку можно даже при непросохшем препарате. Сборка деталей осуществляется при помощи прихваток, скоб, клиньев или струбцин. При сварке в защитных газах делать прихватки лучше всего таким же методом, которым будет выполняться сварка. Перед сваркой прихватки следует осмотреть, а при сваривании переварить.

2. Подбор проволоки и техника ее подачи.

Наиболее значимой характеристикой, на которую следует обращать особое внимание, является прочность металла шва. Здесь подразумевается высококачественное выполнение спайки, отсутствие трещин и пор. Добиться этого можно при помощи добавления следующих химических добавок:

Al – алюминий;
Zr – цирконий;
Mn – марганец;
Si – кремний;
Ti – титан.

Все эти элементы останавливают соединение углерода и кислорода и препятствуют образованию СО (угарного газа). В итоге остается только шлак, который является абсолютно безвредным.

Добавление таких элементов, как Mn и Si, положительно скажется на форме шва и текучести ванны. Оставшиеся элементы увеличат ее вязкость. Такая проволока хорошо подойдет для сваривания труб.

В маркировку электрода включаются следующие параметры:

цифры, обозначающие диаметр в миллиметрах;
индекс «СВ»;
процентное содержание углерода;
буквенное обозначение химического элемента, из которого состоит электрод;
усредненное содержание этого элемента.

Способ подачи электрода будет зависеть от аппарата. При ручном методе сварки в среде защитных газов все операции осуществляются непосредственно специалистом.

При полуавтоматической сварке предполагается автоматическая подача проволоки.

3. Расчет расхода газа.

Посчитать расход газовой смеси за время сварки можно несколькими способами. Необходимо определить тип производства – единичное или массовое. При мелкосерийном изготовлении для определения затрат на газ деталей применяется следующая формула:

N = P × R, где P – расход проволоки в килограммах, а R – коэффициент затрат газа на 1 кг электродов. Значение последнего параметра рекомендуется выбирать из диапазона от 1,15 до 1,3.

Техника безопасности при сварке в защитных газах

Не забывайте, что защитные газы используются только для защиты металла от порчи, но не являются безопасными для самого сварщика. Существует ряд важных правил, которые следует выполнять при выполнении сварки в среде защитных газов:

Обобщенно можно сказать, что любые виды сварочных работ обладают повышенной степенью опасности, поэтому каждому работнику необходимо в первую очередь самому заботиться о защите органов дыхания, зрения и кожи. Даже непродолжительный процесс сварки в личном гараже нельзя производить без маски, термоустойчивых перчаток и респиратора. Только при наличии такой защиты будет уверенность, что выполнение качественной сварки не нанесет вреда вашему здоровью.

Читайте также: