Укажите все факторы определяющие надежность газовой защиты зоны сварки при сварке в защитном газе
Обновлено: 17.05.2024
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.
Введение в дуговую сварку в защитных газах (TIG, MIG/MAG)
СОЗДАНИЕ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ
Наиболее распространена струйная местная защита потоком газа, истекающим из сопла сварочной горелки. Качество струйной защиты зависит от конструкции и диаметра сопла 1 (рис. 1.11), расстояния L от среза сопла А—А до поверхности свариваемого материал и расхода защитного газа.
Рис. 1.11 . Схема истечения защитного газа из сопла горелки
(1 — сопло; 2 — потенциальное ядро струи; 3 — пограничный слой; 4 — периферийный участок струи; Н— вылет ядра за срез сопла; h — расстояние от среза сопла до уровня, на котором диаметр зоны эффективной защиты равен d3; L — расстояние от среза сопла до поверхности изделия; dc — выходной диаметр сопла)
Рис. 1.12. Схемы сопел: а — конического; б — цилиндрического; в — профилированного (d — диаметр сопла на срезе)
В строении газового потока различают две области: ядро потока 2 и периферийную область 3. При истечении в окружающую воздушную среду в ядре потока сохраняются скорость и состав газа, имеющиеся в сечении А—А на срезе сопла. Периферийная область потока представляет собой зону, в которой защитный газ смешивается с окружающим воздухом, а скорость по длине потока изменяется от первоначальной (имеющейся на срезе сопла) до нулевой (на внешней границе струи). Поэтому надежная защита металла может осуществляться только в пределах ядра потока.
Чем больше длина Н этого участка, тем выше его защитные свойства. Максимальная длина Н наблюдается при ламинарном истечении газа из сопла. При турбулентном характере истечения газа такое строение потока нарушается и его защитные свойства резко падают. На практике применяют конические, цилиндрические и профилированные сопла (рис. 1.12).
Для улучшения струйной защиты на входе в сопло в горелке устанавливают мелкие сетки, пористые материалы и т.п., позволяющие дополнительно выравнивать поток газа на выходе из сопла. Расход защитного газа выбирают таким, чтобы обеспечить истечение струи, близкое к ламинарному истечению.
В зону сварки защитный газ может поступать концентрично вокруг дуги, а при повышенной скорости сварки плавящимся электродом — сбоку и двумя раздельными потоками (рис. 1.13). При сварке активных материалов для предупреждения контакта воздуха не только с расплавленным, но и с нагретым твердым металлом применяют сопла с увеличенной зоной защиты.
Рис. 1.13. Схемы газовых потоков в зоне сварки: а — центрального; б — бокового;
в —двумя концентрическими потоками; г — в подвижную камеру (насадку) (1 — электрод; 2 — защитный газ; 3,4 — внутренний и наружный потоки защитных газов; 5 — насадок; 6 — распределительная сетка)
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ ЗОНЫ СВАРКИ
Надежная защита зоны сварки чистым защитным газом является одним из основных условий получения шва без пор высокого качества. Защита необходима до полного затвердевания жидкой ванны. В большинстве случаев защита осуществляется путем подачи к месту сварки струи защитного газа. Истечение газов из сопел, сварочных горелок имеет турбулентный характер. С наружной стороны струя газа неизбежно смешивается с воздухом, и только внутренняя часть ее состоит из чистого защитного газа (рис. 4.1).
Форма потока газа и эффективность защиты зависят от типа защитного газа, типа сварного соединения и скорости сварки (рис. 4.2), движения окружающего воздуха (ветра, сквозняка). При использовании углекислого газа легче обеспечить хорошую защиту, чем при сварке в смесях с аргоном. При сварке угловых швов с внутренней стороны угла и стыковых швов защита намного лучше, чем при сварке угловых швов с наружной стороны угла. Для улучшения защиты в этом случае
Рис. 4.1. Состав струи углекислого газа, истекающего из сопла сварочной горелки (1 —100% С02; 2 — С02 +10% воздуха; 3 — С02 + 60% воздуха;
4 — С02 + 80% воздуха)
Рис. 4.2. Влияние на эффективность газовой защиты: а) типа сварного соединения; б) скорости сварки
рекомендуется применять съемные щитки. При повышенных скоростях сварки эффективность защиты ухудшается.
Для улучшения защиты рекомендуется уменьшать расстояние между горелкой и деталью, наклонять горелку углом вперед до 10° и увеличивать расход защитного газа. Исходя из удобства наблюдения
Рис. 4.3. Схема подвода газа в сварочных горелках: а) с кольцевым подводом газа;
- б) с отражателями; в) с успокоительными камерами; г) с сеточными вставками; д) с металлокерамическими вставками (1 — отражатель газа;
- 2 — успокоительная камера; 3 — сетка; 4 — металлокерамика)
за дугой, расстояние от горелки до изделия обычно принимают равным 10—30 мм. Наклон горелки углом вперед более 15° и чрезмерный расход газа приводят к подсосу воздуха в зону сварки и нарушению защиты. Для защиты от ветра зону сварки со стороны ветра закрывают щитами или переносными палатками. Эффективность газовой защиты в значительной степени определяется конструкцией и размерами горелки, которые выбирают с учетом рода защитного газа, типоразмера сварного соединения и режима сварки. Истечение газа из горелки должно быть равномерным по всему сечению сопла. Для обеспечения этого применяют различные схемы ввода газа в сопло горелки (рис. 4.3). Мундштук целесообразно несколько утопить в горелке.
Для улучшения истечения газа внутреннюю полость сопла делают параболической или конической с цилиндрической частью на выходе (см. рис. 4.36, 4.3в). Для предупреждения попадания воздуха в сопло через канал для прохода проволоки на входе последней устанавливают уплотнители или подводят газ в канал.
Список вопросов базы знаний
По способам Рекомендуемые диаметры проволоки марок Св-08ГС или Св-08Г2С для механизированной сварки в защитных газах швов в нижнем положении конструкций из углеродистой сталей:
По способам Рекомендуемый вылет электрода из мундштука перед зажиганием дуги для выполнения механизированной сварки (наплавки) в защитных газах:
По способам Для обеспечения стабильного процесса и надежной газовой защиты при механизированной сварке (наплавке) в среде защитных газов необходимо обеспечить:
По способам При ручной аргонодуговой сварке корневого шва без присадочной проволоки рекомендуемая длина дуги 1,5. 2,0мм, а с присадочной проволокой 2. 3мм. Почему при сварке с присадочной проволокой длина дуги должна быть больше?
По способам Укажите, какие защитные газы и смеси рекомендуется применять при сварке (наплавке) аустенитных сталей?
?) Аргон; смеси аргона с углекислым газом и кислородом (с содержанием углекислого газа до 50% и кислорода до 5%).
По способам Укажите высоту слоя (валика) при ручной аргонодуговой сварке стыков труб малых диаметров (менее 100 мм) из углеродистых и теплоустойчивых сталей:
По способам При сварке в защитном газе плавящимся электродом образуются брызги расплавленного металла, которые прилипают к мундштуку и соплу и могут привести к закорачиванию сварочной цепи. Во избежание этого применяют:
?) Керамические сопла, металлокерамические или металлические водоохлаждаемые, а также защитные (силиконовые) смазки.
По способам При каком зазоре между стыками труб требуется применение присадочной проволоки при прихватке и сварке корневого слоя?
По способам Как проверяют качество защитного газа перед использованием его на производственном участке?
?) На отсутствие в баллоне влаги путем его опрокидывания в приспособлении и незначительного открытия вентиля до полного выхода влаги.
?) Путем наплавки на пластину или поверхность трубы валика длиной 100. 150 мм. По внешнему виду поверхности устанавливается надежность защиты (должны отсутствовать поверхностные поры).
По способам Укажите диаметр присадочной проволоки для ручной аргонодуговой сварки стыка трубы до 219 мм.
По способам Укажите материалы неплавящихся электродов, рекомендуемые для аргонодуговой сварки (наплавки).
По способам Какие рекомендуются род тока и полярность при аргонодуговой сварке (наплавке) неплавящимся электродом из низкоуглеродистой стали?
По способам С какой целью в сварочные проволоки для сварки в защитных газах вводят кремний и марганец?
?) Для раскисления металла и устранения вредного влияния кислорода в результате диссоциации углекислого газа.
По способам Какое назначение имеет дежурная дуга при импульсно-дуговой сварке (наплавке) вольфрамовым электродом?
По способам В какой цвет окрашивают баллоны с двуокисью углерода и с окраской баллонов с какими газами это совпадает?
По способам При каком рабочем давлении углекислый газ находится в баллоне при нормальной температуре?
По способам Указать с какой целью затачивают конец вольфрамового электрода при выполнении аргонодуговой сварки (наплавки)?
По способам При сварке (наплавке) в защитных газах обычно применяют горелки с водяным охлаждением на токах:
По способам Укажите оптимальный вылет электрода из сопла горелки при аргонодуговой сварке (наплавке).
По способам Укажите все факторы, определяющие надежность газовой защиты зоны сварки при сварке в защитном газе.
?) Вылет электрода из сопла горелки, угол наклона горелки к изделию, диаметр и форма сопла горелки, расход защитного газа.
По способам Укажите, следует ли перед началом аргонодуговой сварки (наплавки) продувать аргоном газовые коммуникации и горелки.
Какие сварщики допускаются к сварке и прихватке при монтаже или ремонте трубопроводов пара или горячей воды?
?) Аттестованные на соответствующие виды работ согласно “Правил аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства”
В каком случае допускается не производить клеймение (маркировку) каждого сварного соединения, а ставить только одно клеймо на изделие?
Укажите, разрешается ли сваривать крутоизогнутые и штампованные отводы между собой без прямого участка.
Укажите требования к квалификации сварщиков, допускаемых к прихватке и сварке трубопроводов тепловых сетей.
?) Сварщики, прошедшие аттестацию в соответствии с ПБ 03-273-99 и имеющие допуск к выполнению указанных работ.
?) Сварной шов и прилегающие к нему поверхности труб должны быть очищены от шлака, брызг, окалины и других загрязнений на ширину не менее 10 мм (по обе стороны от шва).
?) Сварной шов и прилегающие к нему поверхности труб должны быть очищены от шлака, брызг, окалины и других загрязнений на ширину не менее 20 мм (по обе стороны от шва)
Читайте также: