Сварка в смеси защитных газов

Обновлено: 06.05.2024

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

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.

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

Защитные газы и их влияние на технологические свойства дуги

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

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

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

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

Классификация способов сварки в защитных газах приведена на схеме ниже.

Свойства защитных газов

В таблице ниже приведены физические свойства защитных газов.

Краткая характеристика защитных газов

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

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

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

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

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

Активные газы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Смеси защитных газов

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

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

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

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

Инертные и активные защитные газы, их смеси

Аргон (Ar) - бесцветный, без запаха, негорючий, неядовитый газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. В металлах нерастворим как в жидком, так и в твердом состояниях. Выпускается (ГОСТ 10157-79) двух сортов: высшего и первого.

В газе высшего сорта содержится 99,993 % аргона, не более 0,006 % азота и не более 0,0007 % кислорода. Рекомендуется для сварки ответственных металлоконструкций из активных и редких металлов и сплавов, цветных металлов.

В газе первого сорта содержится 99,98 % аргона, до 0,01 % азота и не более 0,002 % кислорода. Рекомендуется для сварки стали и чистого алюминия.

Гелий (Не) - бесцветный газ, без запаха, неядовитый, значительно легче воздуха и аргона. Выпускается (ГОСТ 20461-75) двух сортов: высокой чистоты (до 99,985 %) и технический (99,8%).

Используется реже, чем аргон, из-за его дефицитности и высокой стоимости. Однако при одном и том же значении тока дуга в гелии выделяет в 1,5 - 2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительному увеличению скорости сварки.

Гелий применяют при сварке химически чистых и активных материалов, а также сплавов на основе алюминия и магния.

Азот (N₂) - газ без цвета, запаха п вкуса, неядовитый. Используется только для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. Выпускается (ГОСТ 9293-74) четырех сортов: высшего - 99,9% азота; 1-го - 99,5%; 2-го - 99,0%; 3-го - 97,0%.

Активные

Защищают зону сварки от воздуха, но сами растворяются в жидком металле либо вступают с ним в химическое взаимодействие

Кислород (О₂) - газ без цвета, запаха и вкуса. Негорючий, но активно поддерживающий горение. Технический газообразный кислород (ГОСТ5583-78) выпускается трех сортов: 1-й сорт - 99,7% кислорода; 2-й - 99,5%; 3-й - 99,2%. Применяется только как добавка к инертным и активным газам.

В углекислом газе сваривают чугун, низко- и среднеуглеродистые, низколегированные конструкционные коррозионностойкие стали.

Газовые смеси

Сварочные смеси служат для улучшения процесса сварки и качества сварного шва

Смесь аргона и гелия. Оптимальный состав: 50% + 50% или 40% аргона и 60% гелия. Пригоден для сварки алюминиевых и титановых сплавов.

Смесь аргона и кислорода при содержании кислорода 1-5% стабилизирует процесс сварки, увеличивает жидко текучесть сварочной ванны, перенос электродного металла становится мелкокапельным. Смесь рекомендуется для сварки углеродистых и нержавеющих сталей.

Смесь аргона и углекислого газа. Рациональное соотношение - 75-80% аргона и 20-25% углекислого газа. При этом обеспечиваются минимальное разбрызгивание, качественное формирование шва, увеличение производительности, хорошие свойства сварного соединения. Используется при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Смесь углекислого газа и кислорода. Оптимальный состав: 60-80% углекислого газа и 20-40% кислорода. Повышает окислительные свойства защитной среды и температуру жидкого металла. При этой смеси используют электродные проволоки с повышенным содержанием раскислителей, например Св-08Г2СЦ. Шов формируется несколько лучше, чем при сварке в чистом углекислом газе. Смесь применяют для сварки углеродистых, легированных и некоторых высоколегированных конструкционных сталей.

Смесь аргона, углекислого газа и кислорода - трехкомпонентная смесь обеспечивает высокую стабильность процесса и позволяет избежать пористости швов. Оптимальный состав: 75% аргона, 20% углекислого газа и 5% кислорода. Применяется при сварке углеродистых, нержавеющих и высоколегированных конструкционных сталей.

Читайте также: