Сварка сталей в защитных газах

Обновлено: 04.07.2024

Сварка сталей плавящимся электродом выполняется преимущественно в среде углекислого газа или аргона. При сварке плавящимся электродом источником тепла является дуга, возбуждаемая между свариваемыми элементами и электродной проволокой, непрерывно подаваемой в зону сварочной дуги. Сварочный шов создается за счет формирования сварочной ванны из расплавленного основного и электродного металлов. Основным способом местной защиты является газовый поток с центральной, боковой и комбинированной подачей газа.

Сварка в защитном газе: 1 — электрод; 2 — сопло; 3 — свариваемый металл; 4 — свареная проволока; 5 — шов.

Сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа

Сварку плавящимся электродом в среде углекислого газа применяют для большинства сталей, которые имеют удовлетворительную свариваемость другими видами дуговой сварки. Отличительной характеристикой такой сварки является ее высокая производительность и относительно низкая стоимость. Для сварки в среде этого защитного газа используют проволоку с повышенным содержанием раскислителей (кремния и марганца), которые компенсируют выгорание этих компонентов в зоне сварки.

Особенностью сварки в среде углекислого газа является разложения его на атомарный кислород (О) и окись углерода (СО). Окись углерода в свою очередь распадается на углерод и кислород. Атомы кислорода окисляют железо и легирующие присадки, в результате чего металл сварочной ванны насыщается кислородом и оксидом железа, и его свойства ухудшаются. Кроме того, образовавшийся в результате кристаллизации металла углекислый газ начинает выделяться в виде пузырьков. Часть пузырьков этого газа не успевает покинуть металл, застывая в виде пор. Легирование кремнием и марганцем сварочной проволоки снижает эту вероятность, так как окислы железа раскисляются не за счет углерода, а за счет веществ, содержащихся в этих компонентах. При этом образования окиси углерода при кристаллизации металла не происходит, а качество сварочного шва улучшается.

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от типа сварного соединения, толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве. Эта зависимость отражена в таблице.

Зависимость диаметра сварочной проволоки от толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве

Металл толщиной более 4 мм необходимо сваривать с двух сторон, для более тонких металлов следует подбирать режимы, чтобы выполнить полный провар за один проход. Более тонкие металлы сваривают за один проход, обеспечивая тщательную предсварочную сборку деталей, точное направление электрода по стыку и неизменные режимы сварки. При сварке однослойных стыков и первого слоя многослойных швов горелку перемещают возвратно-поступательными движениями. Если сварка выполняется со скосом кромок, то электрод следует направлять в угол разделки.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом применяется в основном для легированных сталей и цветных металлов. Процесс сварки происходит капельным и струйным способом переноса электродного металла и высокой глубиной проплавления основного металла. Переход капельного переноса электродного металла в струйный происходит при критических значениях токов, и при сварке сталей находится в пределах 60 —120 А на 1 мм² сечения электродной проволоки.

Зависимость величины критического значения тока от толщины сварочной проволоки отражена в таблице. Этот вид сварки предусматривает тщательную зачистку кромок и подгонку свариваемых поверхностей.

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.

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.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

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.

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.

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.

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.

Различаются аппараты для дуговой сварки в защитном газе по используемым инструментам. К примеру, для работы с рядом металлов оптимальны неплавящиеся электроды. К тому же опытные сварщики четко определяют глубину проплавления металла. Поскольку в автоматических аппаратах работа горелки и подача присадочной проволоки осуществляется автоматически, то дефекты сварного шва в виде непроваренных участков практически не встречаются.

Важно помнить, что неплавящиеся электроды подходят в основном для сварных работ с заготовками из тонкостенных металлов. Если же предстоит соединять изделия из толстостенного металла, то качество шва при таком варианте будет ниже.

Неплавящиеся вольфрамовые, угольные или графитовые электроды отлично подходят для работы с конструкциями из нержавейки.

Плавящиеся электроды оптимальны для дуговой сварки в защитном газе изделий из большинства металлов. Они не требуют использования дорогостоящего оборудования, позволяют сваривать детали в труднодоступных местах, а также выбирать положение заготовок и сварщика в пространстве.

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.

Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся, обычно вольфрамовым, или плавящимся электродом. В первом случае сварной шов получается за счет расплавления кромок изделия и, если необходимо, подаваемой в зону дуги присадочной проволоки. Плавящийся электрод в процессе сварки расплавляется и участвует в образовании металла шва. Для защиты применяют три группы газов: инертные (аргон, гелий); активные (углекислый газ, азот, водород и др.); смеси газов инертных, активных или первой и второй групп. Выбор защитного газа определяется химическим составом свариваемого металла, требованиями, предъявляемыми к свойствам сварного соединения; экономичностью процесса и другими факторами.

Смесь инертных газов с активными рекомендуется применять и для повышения устойчивости дуги, увеличения глубины проплавления и изменения формы шва, металлургической обработки расплавленного металла, повышения производительности сварки. При сварке в смеси газов повышается переход электродного металла в шов.

Смесь аргона с 1—5% кислорода используют для сварки плавящимся электродом низкоуглеродистой и легированной стали. Добавка кислорода к аргону понижает критический ток, предупреждает возникновение пор, улучшает форму шва.

Смесь аргона с 10—25% углекислого газа применяют при сварке плавящимся электродом. Добавка углекислого газа при сварке углеродистых сталей позволяет избежать образование пор, несколько повышает стабильность дуги и надежность защиты зоны сварки при наличии сквозняков, улучшает формирование шва при сварке тонколистового металла.

Смесь аргона с углекислым газом (до 20%) и с не более 5% кислорода используют при сварке плавящимся электродом углеродистых и легированных сталей. Добавки активных газов улучшают стабильность дуги, формирование швов и предупреждают пористость.

Смесь углекислого газа с кислородом (до 20%) применяют при сварке плавящимся электродом углеродистой стали. Эта смесь имеет высокую окислительную способность, обеспечивает глубокое проплавление и хорошую форму, предохраняет шов от пористости.

В зону сварки защитный газ может подаваться центрально (см. рис. XI.2 и XI.3, а,в), а при повышенных скоростях сварки плавящимся электродом — сбоку (см. рис. XI.3,б). Для экономии расхода дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя раздельными потоками газов (см. рис. XI.3,в); наружный поток — обычно углекислый газ. При сварке активных материалов для предупреждения контакта воздуха не только с расплавленным, но и с нагретым твердым металлом применяют удлиненные насадки на сопла (подвижные камеры, см. рис. XI.3,г). Наиболее надежная защита достигается при размещении изделия в стационарных камерах, заполненных защитным газом. Для сварки крупногабаритных изделий используют переносные камеры из мягких пластичных обычно прозрачных материалов, устанавливаемых локально над свариваемым стыком. Теплофизические свойства защитных газов оказывают большое влияние на технологические свойства дуги, а значит на форму и размеры шва. При равных условиях дуга в гелии по сравнению с дугой в аргоне является более «мягкой», имеет более высокое напряжение, а образующийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Углекислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение.

XI.2. Схемы сварки в защитных газах а, б — неплавящимся, плавящимся электродом; 1 — сварочная дуга; 2 — электрод; 3 — защитный газ; 4 — газовое сопло (горелка); 5 — присадочная проволока

XI.3. Схемы подачи защитного газа в зону сварки
а — центральная; б — боковая; в — двумя концентрическими потоками; г — в подвижную камеру (насадку); 1 — электрод; 2 — защитный газ; 3, 4 — наружный и внутренний потоки защитных газов; 5 — насадка; 6 — распределительная сетка

Преимущества и недостатки способа

Широкий диапазон применяемых защитных газов обусловливает большое распространение этого способа как в отношении свариваемых металлов, так и их толщин (от 0,1 мм до десятков миллиметров). Основными преимуществами рассматриваемого способа сварки являются следующие:

высокое качество сварных соединений па разнообразных металлах и их сплавах разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов;
возможность сварки в различных пространственных положениях;
отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;
возможность наблюдения за образованием шва, что особенно важно при механизированной сварке;
высокая производительность и легкость механизации и автоматизации процесса;
низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

К недостаткам способа относятся: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги; возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи газа движением воздуха или при забрызгиванни сопла; потерн металла на разбрызгивание, при котором брызги прочно соединяются с поверхностями шва и изделия; наличие газовой аппаратуры и в некоторых случаях необходимость водяного охлаждения горелок.

Подготовка кромок и их сборка под сварку

Способы подготовки кромок под сварку (механические, газовые и т. д.) такие же, как и при других способах сварки. Вид разделки кромок и ее геометрические размеры должны соответствовать ГОСТ 14771—76 или техническим условиям на изготовление изделия. При механизированной сварке плавящимся электродом можно получить полный провар без разделки кромок и без зазора между ними при толщине металла до 8 мм. При зазоре или разделке кромок полный провар достигается при толщине металла до 11 мм. При автоматической сварке стыковых соединений производительность процесса значительно возрастает при использовании разделки без скоса кромок (щелевой разделке см. рис. Х.11). При толщине металла до 40 мм зазор между кромками в нижней части стыка до 10 мм. Для обеспечения постоянства зазора в зоне сварки из-за поперечной усадки при сварке каждого прохода выполняют шарнирное закрепление деталей с углом раскрытия кромок, зависящим от толщины свариваемого металла.

XI.11. Схема расположения присадочной проволоки относительно сварочной ванны
1 — присадочная проволока; 2 — сварочная ванна; 3 — электрод; 4 — границы струи защитного газа. Стрелкой указано направление сварки

При сварке в углекислом газе многослойных швов на сталях перед наложением последующего слоя поверхность предыдущего слоя следует тщательно очищать от брызг и образующего шлака. Для уменьшения забрызгивання поверхности детали из углеродистой стали ее покрывают специальными аэрозольными препаратами типа «Дуга». Сварку можно вести при непросохшем препарате. Детали собирают с помощью струбцин, клиньев, скоб или на прихватках. Прихватки лучше выполнять в защитных газах тем же способом, которым будет проводиться и сварка. Прихватки перед сваркой осматривают, а при сварке переваривают.

Общие рекомендации по технике сварки

Ручную и механизированную сварку обычно ведут на весу. Автоматическую сварку можно осуществлять так же, как и при сварке под флюсом, на остающихся или съемных подкладках и флюсовых подушках. Однако во многих случаях наиболее благоприятные результаты достигаются при использовании газовых подушек (рис. XI.4). Они улучшают формирование корня шва, а при сварке активных металлов способствуют и защите нагретого твердого металла от воздействия с воздухом. Подаваемые в подушку газы по составу могут быть аналогичными применяемым для защиты зоны сварки.

XI.4. Схемы газовых подушек
а, б — односторонняя и двусторонняя сварка; 1 — защитный газ; 2 — медная подкладка

Качество шва в большой степени определяется надежностью оттеснения от зоны сварки воздуха. Необходимый расход защитного газа устанавливают в зависимости от состава и толщины свариваемого металла, конструкции сварного соединения, скорости сварки, состава защитного газа.

Влияние скорости сварки на надежность защиты зоны сварки видно из рис. XI.5. Ветер и сквозняки также снижают эффективность газовой защиты. В названных случаях рекомендуется на 20—30% повышать расход защитного газа, увеличивать диаметр выходного отверстия сопла или приближать горелку к поверхности детали. При сварке на повышенных скоростях полезно также наклонять горелку углом вперед, а при автоматической сварке применять боковую подачу газа (см. рис. XI.3,б). Для защиты от ветра зону сварки закрывают щитками. Для достаточной защиты соединений, указанных на рис. XI.6,в,г, необходим повышенной расход газа. При их сварке рекомендуется устанавливать сбоку и параллельно шву экраны, задерживающие утечку защитного газа. При равных условиях расход гелия благодаря его меньшей плотности должен быть увеличен по сравнению с аргоном или с углекислым газом.

XI.5. Влияние скорости сварки на эффективность газовой защиты
а—в — сварка соответственно на малой, средней и очень большой

XI.6. Схемы (а—г) расположения границы струи защитного газа при сварке различных типов соединений

Сварка сталей в защитных газах

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ
ИЗ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Дата введения 1984-02-01

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ письмом Министерства химического и нефтяного машиностроения от 4 августа 1983 г. N 11-10-4/1099

С.Н.Бережницкий, Н.Т.Лосицкий, В.К.Красильников, Ж.Е.Миляева

СОГЛАСОВАН с СКТБхиммашем

Настоящий руководящий технический материал устанавливает технические требования на сварку в защитных газах и смесях газов соединений из нержавеющих сталей при изготовлении сосудов и аппаратов для нефтеперерабатывающей, химической, газовой и других смежных отраслей промышленности с толщиной стенки до 20 мм, работающих под давлением до 10 МПа (100 кгс/см) в диапазоне температур от минус 70 до плюс 700 °С.

Разработка рабочей технологической документации и сварочные работы должны выполняться в соответствии с настоящим РТМ, ОСТ 26-291-79* и ОСТ 26-01-82-77.

* Действуют ГОСТ Р 52630-2006, ГОСТ 53677-2009 (ИСО 16812:2007), ГОСТ Р 53684-2009, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

1. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

1.1. Особенности сварки нержавеющих сталей аустенитного, аустенитно-ферритного и ферритного классов с использованием сварочных проволок из аустенитных сталей определяются:

склонностью металла шва сварных соединений, эксплуатируемых в агрессивных средах, к межкристаллитной коррозии (МКК);

предрасположенностью металла сварных швов, имеющих чисто аустенитную структуру, к горячим трещинам;

охрупчиванием металла сварных швов, длительно эксплуатируемых при температурах свыше 350 °С;

охрупчиванием металла зоны термического влияния (ЗТВ) сталей аустенитно-ферритного и ферритного классов;

высоким коэффициентом линейного расширения, высоким электрическим сопротивлением и низкой теплопроводностью высоколегированных сталей.

1.2. При требовании обеспечения стойкости сварных швов против МКК необходимо:

использовать сварочные проволоки, легированные титаном, ниобием, ванадием или другими карбидообразующими элементами;

принять меры по предупреждению выгорания карбидообразующих элементов и насыщения металла шва углеродом;

ограничивать число проходов при сварке многопроходных швов;

сварные соединения сталей аустенитного класса, эксплуатируемые при температурах 350-600 °С, подвергнуть стабилизирующему отжигу в течение 2-3 часов при температуре 850-900 °С с охлаждением на воздухе.

1.3. Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений рекомендуется:

использовать сварочные проволоки с повышенным содержанием легирующих элементов (Cr, Ti, Nb, Al и др.);

швы, обращенные к коррозионной среде, сваривать в последнюю очередь;

не допускать перегрева металла, для чего сварку вести на максимально возможных скоростях и минимальных токах проволоками малых диаметров без поперечных колебаний электрода, каждый последующий слой при многопроходной сварке накладывать после остывания предыдущего до температуры не выше 100 °С.

1.4. Эффективным средством предотвращения образования горячих трещин в сварных швах является использование сварочных проволок, обеспечивающих аустенитно-ферритную структуру металлу шва с содержанием ферритной фазы более 1,5%.

1.5. Для предотвращения горячих трещин в сварных соединениях глубокоаустенитных сталей:

сварку рекомендуется выполнять короткой дутой, без поперечных колебаний электродов, усиленными валиками, на пониженных скоростях с минимальным числом проходов;

кратеры швов должны быть тщательно заплавлены до получения выпуклого мениска или вышлифованы;

выводить кратеры на основной металл запрещается;

применять комбинированный способ сварки соединений большой толщины, при котором слои шва, не соприкасающиеся с агрессивной средой, выполняются сварочными проволоками, обеспечивающими меньшую коррозионную стойкость, но повышенную стойкость металла шва против горячих трещин (при этом толщина коррозионностойкого слоя должна быть не менее 3 мм);

при выборе защитной среды отдавать предпочтение смесям газов на базе аргона;

при проектировании сварных конструкций во всех возможных случаях заменять угловые и тавровые соединения стыковыми.

Сварщики, допускаемые к сварке глубокоаустенитных сталей, должны быть обучены приемам борьбы с горячими трещинами.

1.6. Во избежание охрупчивания сварных соединений сталей аустенитного класса, длительно работающих при температурах свыше 350 °С, необходимо ограничивать содержание ферритной фазы в металле шва согласно табл.1.

Допускаемое содержание ферритной фазы в металле шва или наплавленном металле

Марка сварочной проволоки

Температура эксплуатации соединений, °С

Содержание ферритной фазы, %
(не более)

Свыше 350 до 450

Свыше 450 до 550

Примечание. В зависимости от ответственности конструкций, температурных условий эксплуатации и предусмотренных мер по предотвращению последствий охрупчивания сварных соединений (проявляющегося в основном при снижении температуры) в технически обоснованных случаях допускается более высокое содержание ферритной фазы, в частности, для сварных швов ненагруженных внутренних устройств.

1.7. Для предупреждения охрупчивания ЗТВ сталей аустенитно-ферритного и ферритного классов их сварку рекомендуется производить короткой дугой и без поперечных колебаний электрода с минимальным тепловложением.

1.8. Для уменьшения сварочных деформаций сварку следует производить на режимах, которые характеризуются большими скоростями сварки, короткой дугой и минимально возможными токами. Сварные швы значительной протяженности рекомендуется сваривать обратноступенчатым способом, а многопроходные с изменением направления сварки после наложения каждого прохода.

1.9. Сварку нержавеющих сталей следует выполнять с минимальным вылетом электрода, обеспечивающим равномерное его плавление.

1.10. Для сварки нержавеющих сталей в качестве защитных газовых сред применяются аргон, углекислый газ и смеси газов на базе аргона.

1.11. Недостатками аргонодуговой сварки плавящимся электродом являются: удлиненная блуждающая сварочная дуга, затрудняющая обеспечение стабильности процесса сварки и формирования сварных швов; низкий окислительный потенциал газовой среды, способствующий насыщению металла шва водородом и пористости.

1.12. Сварка в углекислом газе характеризуется значительным разбрызгиванием электродного металла и насыщением металла шва неметаллическими включениями.

1.13. Наилучшее сочетание сварочно-технологических характеристик достигается при сварке в смесях газов: Ar+20% CO; Ar+6% О; Ar+25% CO+5% О.

1.14. При многослойной сварке в защитных газах нержавеющих сталей толщиной более 10-12 мм возможно образование шлаковых включений.

1.15. Технологическими мерами предупреждения шлаковых включений являются:

ограничение числа проходов при многопроходной сварке;

выполнение каждого слоя шва в один проход за счет поперечных колебаний электрода;

снижение окислительной способности защитных газовых сред за счет ограничения содержания активных газов СО и О в их смесях с аргоном;

тщательная зачистка поверхности швов от шлака перед сваркой последующих слоев;

применение сварочной проволоки марки Св-08Х20Н9Г7Т.

2. ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1. Для изготовления сосудов и аппаратов применяются материалы в соответствии с ОСТ 26-291-79 и проектной документацией.

2.2. Замена материалов разрешается только по согласованию с проектной организацией при условии, что технологические и эксплуатационные характеристики заменяющих материалов не ниже заменяемых.

2.3. По химическому составу и механическим свойствам материалы должны удовлетворять требованиям государственных стандартов и технических условий.

2.4. Качество материалов в состоянии поставки должно подтверждаться предприятием-изготовителем соответствующими сертификатами.

2.5. Независимо от наличия сертификатов рекомендуется производить входной контроль основных материалов по специально разработанным стандартам предприятий.

2.6. До запуска в производство материалы должны быть приняты ОТК. При приемке проверяются:

соответствие стали требованиям заказа, стандартов или технических условий и данным сертификата;

соответствие маркировки проката данным сертификата;

качество поверхности проката и его соответствие требованиям стандартов и технических условий.

2.7. При отсутствии сопроводительных сертификатов на материалы, предназначенные для изготовления ответственных сосудов и аппаратов, их испытание надлежит производить до запуска в производство в соответствии с требованиями стандартов или технических условий на поставку материала и требованиями технических условий на изделие.

2.8. При отсутствии в сопроводительных сертификатах на материалы отдельных характеристик, регламентированных требованиями стандартов и технических условий, дополнительные испытания материалов необходимо провести до запуска их в производство.

2.9. Требования к материалам, виды их испытаний, пределы применения, назначение и условия применения должны удовлетворять ОСТ 26-291-79.

3. СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

3.1. Выбор сварочных материалов для сварки нержавеющих сталей производится по табл.2 с учетом требований чертежей и технических условий на изготовление изделий.

Читайте также: