Что такое дуговая сварка в защитном газе неплавящимся электродом

Обновлено: 10.01.2025

Дуговая сварка в защитных газах имеет высокую производительность, легко поддается автоматизации и позволяет выполнять соединение металлов без применения электродных покрытий и флюсов. Этот способ сварки нашел широкое применение при изготовлении конструкций из сталей, цветных металлов и их сплавов. Классификация способов дуговой сварки в защитных газах приведена на рисунке.

Дуговая сварка в защитных газах может быть выполнена плавящимся и не плавящимся (вольфрамовым) электродами.

Газовая защита зоны дуги и влияющие факторы. Области применения газов и смесей

Для защиты зоны сварки используют инертные газы гелий и аргон, а иногда активные газы — азот, водород и углекислый газ. Применяют также смеси отдельных газов в различных пропорциях. Такая газовая защита оттесняет от зоны сварки окружающий воздух. При сварке в монтажных условиях или в условиях,когда возможно сдувание газовой защиты, используют дополнительные защитные устройства. Эффективность газовой защиты зоны сварки зависит от типа свариваемого соединения и скорости сварки. На защиту влияет также размер сопла,расход защитного газа и расстояние от сопла до изделия (оно должно быть 5— 40 мм).

Преимущества сварки в защитных газах следующие:

нет необходимости применять флюсы или покрытия,следовательно,
не требуется очищать швы от шлака;
высокая производительность и степень концентрации тепла источника позволяют значительно сократить зону структурных превращений;
незначительное взаимодействие металла шва с кислородом и азотом воздуха;
простота наблюдения за процессом сварки;
возможность механизации и автоматизации процессов.

Иногда применяют двойную защиту сварочной дуги(комбинированную). Надежность защиты зоны сварочной дуги зависит от тепло физических свойств и расхода газа, а также от конструктивных особенностей горелки и режима сварки. Подаваемые в зону сварочной дуги защитные газы влияют на устойчивость дугового разряда, расплавление электродного металла и характер его переноса. Размер капель электродного металла уменьшается с увеличением сварочного тока, а увеличение глубины проплавления с увеличением сварочного тока связано с более интенсивным вытеснением жидкого металла из-под электрода вследствие давления сварочной дуги.

При сварке плавящимся электродом дуга горит между изделием и расплавляемой сварочной проволокой, подаваемой в зону сварки. По сварке не плавящимся электродом (вольфрамовые прутки) сварочная дуга может быть прямого или косвенного действия. Разновидностью сварочной дуги косвенного действия может быть дуга, горящая между вольфрамом, и беспрерывно подаваемой в зону дуги сварочной проволокой.

Защитное свойство струи инертного газа зависит от чистоты газа, параметров струи и режима сварки. Одним из наглядных способов оценки защитных свойств является определение диаметра зоны катодного распыления при возбуждении дуги переменного тока между вольфрамовым электродом и свариваемым металлом. В период, когда катодом является свариваемый металл, происходит вырывание частиц металла с поверхности сварочной ванны и соседних зон относительно холодного металла.

Степень катодного распыления зависит главным образом от массы положительных ионов, которые в процессе сварки бомбардируют катод.Например, в среде аргона наблюдается более интенсивное катодное распыление, чем в среде гелия. По убывающей склонности к катодному распылению металлы располагают в следующем порядке: Мg, Аl, Si, Zn, W, Fe, Ni, Рt, Сu, Вi, Sn, Sb, Рb, Аg, Cd.

Сварочную дугу в защитных газах можно классифицировать последующим основным признакам: применяемому для защиты зоны сварки газу — активному или нейтральному;

способу защиты зоны сварки — одиночным газом, смесью газов или комбинированным;
применяемому для сварки электроду — плавящемуся или не плавящемуся;
применяемому току — постоянному или переменному.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Особенности сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа

Сварка (в частности, металлов) — это технологический процесс, в результате которого получают неразъёмное соединение за счет установления атомных связей между свариваемыми частями. Процесс производится при местном или общем нагреве, пластическом деформировании или при одновременном действии этих факторов. В результате взаимодействия детали и электрода между ними образуется электрическая дуга. За счет этого происходит плавление кромок заготовок.

Сварка неплавящимся электродом (также сварка в защитных газах неплавящимся электродом) — это разновидность сварки, в которой источником теплоты выступает дуговой разряд, возникающий между вольфрамовым или графитовым электродом и изделием. Этот тип является разновидностью методов дуговой сварки плавлением. Даная технология используется в основном для обработки алюминия, магния и их сплавов, а также прочих неферромагнитных металлов (например, нержавеющей стали, бронзы, меди, циркония, никеля).

Графитовые (угольные) электроды в настоящие время находят ограниченное применение. Используются обычно при изготовлении изделий, имеющих неответственное назначение. Наиболее часто в качестве неплавящего электрода используют стержни из вольфрама. Поскольку вольфрам при высоких температурах имеет весьма высокую химическую активность к кислороду, то процесс проводят в среде защитных газов: аргон, гелий и азот. Эти газы являются по отношению к вольфраму и вольфрамовым сплавам инертными.

Разновидности сварки

Выделяют 4 виды сварки неплавящимся электродом. Разделение происходит в зависимости от сложности работы и уровня механизации сварочного процесса.

Ручная;
Механизированная;
Автоматизированная;
Роботизированная.

Во время ручного вида рабочий ход горелки и смещение заготовки происходит ручным способом. При механизированном виде перемещение горелки происходит вручную, а подача присадочного материала — механически.

При автоматизированном варианте и перемещении сварочной горелки, и подача присадочного материала (проволока) полностью механизированы. Технологический процесс контролирует оператор.

В процессе роботизированного вида все технологические процессы автономны. Рабочие процессы происходят без вмешательства оператора, самостоятельно.

Описание процесса

Неплавящиеся электроды

Как уже упоминалось, используют неплавящиеся электроды двух видов: угольные (или графитовые) и вольфрамовые. Первые используются теперь редко и для неответственных конструкций. Вольфрамовые используются намного шире и чаще. Их толщина от 0,5 мм до 10 мм. Сам стержень может быть как из чистого вольфрама, так и иметь в составе различные примеси: лантан, торий, иттрий. Сплавы по сравнению с чистым материалом имеют лучшие показатели эрозивной стойкости, а также лучше держат токовую нагрузку. Диаметр стержня подбирают в зависимости от силы используемого тока и толщины заготовок, которые сваривают.

Параметры технологичного процесса

Наиболее часто при сварке неплавящимся электродом используют постоянный ток прямой полярности, так как в этом режиме происходит максимальная проплавка металла деталей, которые подлежат соединению. Это достигается за счет эффективного использование энергии: до 85% тепловой энергии идет на проплавку деталей, до 7% - на нагрев электрода, остальное — лучевые потери.

При работе с алюминиевыми заготовками пользуются постоянным током обратной полярности. В этом случае потери тепла могут составить до 50% и при сварке стали такой режим нецелесообразен.

При использовании переменного тока оборудование дополнительно укомплектовывается стабилизатором (необходим для стабилизации электрической дуги) и компенсатором тока.

Сварочное оборудование

Для ручного вида сварочное оборудование включает в себя такие компоненты:

Генератор постоянного/переменного тока;
Набор горелок для разных токов;
Прибор первичного возбуждения дуги (и ее стабилизации);
Газовое оборудование;
Средства управления сваркой и газовой блокадой.

Автоматическое оборудование также включает в свой состав генератор тока и сварочный агрегат, который характеризуется такими параметрами: значения сварного тока, напряжение, скорость сварки, диаметр неплавящегося электродного прута, диаметр присадочной проволоки, скорость подачи присадки, расход тяжелого газа.

Преимущества и недостатки

Данный технологический процесс получил наибольшее распространение при работе с цветными металлами и легированными сталями. Он обладает рядом как преимуществ, так и недостатков. К основным преимуществам следует отнести:

Возможности минимального деформирования в свариваемых металлах из-за маленькой зоны прогрева;
Высокое качество соединения за счет использования защитных газов, которые вытесняют кислород;
Относительно большая скорость выполнения работ;
Минимальные трудозатраты на последующую обработку шва;
Относительно широкий спектр свариваемых материалов.

Основные недостатки таковы:

При работе на улице создается возможность выдува защитного газа из зоны сварки. Для борьбы с этим явлением используют заграждения или увеличивают подачу газа, что приводит к увеличению его расхода;
Относительно качественная подготовка металлов перед сваркой;
Неудобство при работе под острым углом из-за особенностей конструкции горелки;
Необходимость зачистки места розжига вне зоны сварки.

Сварка неплавящимся электродом в защитных газах

При сварке неплавящимся электродом в защитном газе (рис. 1)в зону дуги, горящей между неплавящимся электродом и изделием через сопло подаётся защитный газ, защищающий неплавящийся электрод и расплавленный основной металл от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов.

Неплавящийся электрод изготавливают из графита, вольфрама, меди, меди со вставкой из тугоплавкого металла — вольфрама, циркония, гафния.

Защитный газ должен быть инертен к металлу электрода и к свариваемому металлу. В качестве защитного газа при сварке вольфрамовым электродом применяют аргон, гелий, смесь аргона и гелия; для сварки меди медным электродом или медным электродом со вставкой из гафния (циркония) можно применить азот.

Схема сварки неплавящимся электродом

Для рационального расходования дорогостоящих инертных газов (Ar, He) при сварке сталей создают комбинированную защиту.

Схема сварки неплавящимся электродом с комбинированной защитой

При сварке металла большой толщины для обеспечения проплавления основного металла и получения требуемых геометрических параметров сварного шва, сварку ведут по зазору или с разделкой кромок с добавлением присадочного (чаще всего в виде проволоки) металла

Достоинства способа сварки неплавящимся электродом:

Высокая устойчивость дуги независимо от рода (полярности)тока;
Возможно получение металла шва с долей участия основного металла от 0 до 100%;
Изменяя скорость подачи и угол наклона, профиль, марку присадочной проволоки можно регулировать химический состав металла шва и геометрические параметры сварного шва.

Недостатки способа сварки неплавящимся электродом:

Низкая эффективность использования электрической энергии(коэффициент полезного действия от 0,40 до 0,55);
Необходимость в устройствах, обеспечивающих начальное возбуждение дуги;
Высокая скорость охлаждения сварного соединения.

Области применения способа сварки неплавящимся электродом:

Сварка тонколистового металла;
Сварка сталей всех классов, цветного металла и их сплавов;
Возможно получение качественных сварных соединений при сварке разнородных металлов.

Особенности и технология сварки неплавящимся электродом

Сварку можно выполнять как с присадкой, так и без нее. Для качественной сварки металлов, особенно тонколистовых, следует обеспечить точную сборку и подгонку свариваемых кромок.

Аргоно дуговую сварку вольфрамовым электродом применяют для стыковых, угловых, нахлесточных соединений в разных пространственных положениях. Форма подготовки кромок зависит от толщины соединяемых элементов и возможности производить сварку с одной или двух сторон.

Так, например, стыковые соединения стали толщиной до 3-4 мм, а алюминия до 5—6 мм свариваются без скоса кромок. Проплавление корня шва стыкового соединения с разделкой кромок обычно осуществляется без присадочной проволоки, затем разделка заполняется расплавленным металлом за необходимое число проходов с подачей присадочной проволоки.

При необходимости ведения процесса на вертикальной плоскости шов следует выполнять сверху вниз для толщин до 5 мм и снизу вверх для больших толщин. В этих случаях сварку рекомендуется выполнять одновременно с двух сторон. При использование такого приема можно сваривать встык элементы,например из алюминиевого сплава толщиной до 16 мм.

Сварка горизонтальных стыковых швов на вертикальной плоскости и потолочных стыковых швов затруднена из-за вероятности вытекания расплавленного металла из сварочной ванны, поэтому их следует избегать; там,где избежать таких швов нельзя, их выполняют с разделкой кромок в несколько проходов.

Для формирования корня шва можно использовать медные или стальные съемные подкладки, флюсовую подушку. При сварке активных металлов необходимо не только получить хороший провар в корне шва, но и обеспечить защиту от воздуха с обратной стороны расплавленного и нагретого металла. Это достигается использованием медных и других подкладок с канавками, в которых подается защитный инертный газ. При сварке труб и закрытых сосудов газ пропускают внутрь сосуда.

При соединении встык металла толщиной до 10 мм ручную сварку ведут справа налево. Присадочный пруток при ручной сварке тонколистового материала вводят не в столб дуги, а несколько сбоку возвратно-поступательными движениями. При автоматической и полуавтоматической сварке электрод располагают перпендикулярно поверхности изделия. Угол между ним и присадочной проволокой(обычно ф 2-4 мм) должен приближаться к 90°. В большинстве случаев присадочная проволока подается в головную часть сварочной ванны и находится впереди дуги походу сварки.

Вылет конца электрода из сопла не должен превышать 3— 5 мм,а при сварке угловых швов и стыковых с глубокой разделкой 5—7 мм. Длина дуги должна поддерживаться в пределах 1,5—3 мм. Для предупреждения окисления вольфрама и защиты расплавленного металла в кратере после обрыва дуги подачу защитного газа прекращают через 5—10 с, а включают подачу газа за 15—20 с до возбуждения дуги (для продувки шлангов от воздуха). Возбуждение дуги достигается либо с помощью осциллятора, либо путем касания электродом изделия при уменьшенном до 7—10 А токе зажигания. При ручной сварке алюминиевых сплавов в случае отсутствия осциллятора дуга должна возбуждаться на угольной или медной пластине.

Разновидности и особенности сварки неплавящимся электродом в среде защитного инертного газа

При сваривании неплавящимся электродом дуга возникает между электродом, находящимся в горелке, из которой подается защитный газ, и изделием. Для образования шва при этом в сварочную ванну подается присадочный материал. Если сварка ручная, то присадка подается непосредственно сварщиком, если автоматическая, процесс происходит без его участия.

Данный способ сваривания используется для сваривания неферромагнитных материалов, среди которых: магний, алюминий, цирконий, никель, титан, бронза, медь, нержавеющая сталь и другие. Этот метод сварки позволяет сварщику тонко чувствовать глубину проплавления металлов, что способствует хорошему качеству шва. При ручной сварке специалист сам управляет горелкой и присадочным материалом, что избавляет изделие от непроваров и других дефектов сварочного шва.

Область применения метода

Этот метод применяется в основном для сваривания тонкостенных цветных металлов. Он используется в производстве велосипедов, изготовлении различных заготовок. С его помощью изготавливаются различные предметы интерьера из нержавеющей стали и других материалов. Последующая обработка шва делает его практически незаметным.

Неплавящиеся электроды и их типы

На сегодняшний день при изготовлении металлоконструкций с помощью описываемого способа используются такие виды электродов:

вольфрамовые. Наиболее распространенный вид, используемый при сварке неплавящимся электродом. Представляет собой стержень диаметром 1-4 мм. Вольфрам имеет очень высокую температуру плавления, что позволяет применять этот материал для изготовления электродов. Делятся на стандартные, иттрированные, лантанированные, торированные;
угольные. Часто применяются для сварки изделий из цветных металлов и сталей, имеющих малую толщину стенок и для воздушно-дуговой резки металлов. Используются как с присадкой, так и без, могут складываться по линии сварки или подаваться непосредственно в сварочную ванну. Сварочный процесс при использовании этих материалов проводится на токе величиной не больше 580 А;
графитовые. Особенно активно эти электроды применяются при работе с кабелями из меди. Отлично приспособлены к обработке, устойчивы к температурному воздействию и не подвержены быстрому износу. Благодаря всем этим качествам, весьма распространены на отечественном рынке.

Технология, особенности и оборудование необходимое для сварки

Способ сваривания неплавящимся электродом чаще всего применяют для соединения металлов с толщиной не более 5-6 мм, но это не значит, что его нельзя использовать для сваривания более толстостенных металлов. При сварке без применения присадки шов формируют, оплавляя кромки металла, при использовании присадки она подается в место формирования шва по тому же принципу, что и сварочная проволока при газосварке.

Оборудование, необходимое для сварки неплавящимся электродом, включает в себя:

источник сварочного тока, на котором расположен регулятор силы тока, и вольтметр с амперметром для контроля процесса регулирования;
TIG-горелку и рукав, которые подсоединяются к сварочному источнику. По рукаву на горелку подается защитный газ, в случае с использованием водяного охлаждения подается также охлаждающая жидкость;
газовый баллон с защитным газом, подсоединенный с помощью рукава к источнику сварочного тока и оборудованный регулятором расхода и расходомером газа;
обратный кабель для соединения изделия с источником сварочного тока.

При автоматической сварке используются автоматизированные системы для подачи изделий и управления инструментами для сварки.

Аргонная сварка неплавящимся электродом выполнятся переменным (TIG-AC) и постоянным (TIG-DC) токами. При сварке постоянным током может применяться обратная и прямая полярности. Если электрод подключен к плюсовому полюсу источника сварочного тока, то полярность является обратной, и в таком случае для сваривания применяются электроды большего диаметра, чем при прямой. Сваркой на переменном токе пользуются в основном для соединения беррилия, магния и алюминия, имея при этом не такую хорошую стабильность дуги, как на прямом токе, что, впрочем, исправляется наличием режима импульсной сварки на некоторых сварочных аппаратах.

В процессе сваривания длина дуги должна составлять 1,5-3 мм, её напряжение — 22-34 В. Размер вылета неплавящегося электрода не должен быть больше 3-5 мм, а в случае со стыковыми и угловыми швами — не более 5-7 мм.

В роли защитного газа чаще всего используются аргон или смесь аргона с гелием, они немного ухудшают стабильность сварочной дуги, но при этом усиливают её энергию, тем самым увеличивая скорость сварки. Для сваривания изделия толщиной до 10 мм применяют левый тип положения горелки для того, чтобы защитный газ имел прямой доступ к месту формирования шва. Для сварки более толстостенных материалов способ меняют на правый.

Аргонодуговая сварка неплавящимися электродами

Аргонодуговая сварка — это современная технология, которая не только позволяет повысить качество выполняемого соединения металлов, но и существенно упрощает работу с такими тугоплавкими металлами, как титан, медь и алюминий. Поговорим подробнее, что такое аргонная сварка, расскажем о ее преимуществах и недостатках.

Описание технологии

Особенностью данной технологии является то, что сварка происходит в среде защитного инертного газа аргона. Это позволяет повысить качество соединения металлов и обеспечивает максимально возможную защиту от окисления. Аргон подается к горелке под высоким давлением и, полностью перекрывая рабочую зону, не позволяет кислороду проникать в соединяемые металлы, предотвращая появление ржавчины.

Если ранее эта технология была доступны лишь профессионалам, то сегодня с появлением относительно простых и универсальных в использовании сварочных аппаратов, выполнять такую работу может каждый.

В зависимости от характеристик соединяемых металлов и оборудования используются два типа электродов: неплавящиеся и плавящиеся.

Из неплавящихся наибольшее распространение получила технология с применением вольфрамовой проволоки, что позволяет получать прочные соединения двух разнородных металлов. А вот плавящиеся электроды могут использоваться при ручной и полуавтоматической сварке, когда соединяются одинаковые или близкие по характеристикам тугоплавкости металлы.

Принцип работы сварочного оборудования

Сварочное оборудование состоит из следующих элементов:

самого сварочного аппарата, у которого напряжение холостого хода составляет не менее 60 вольт;
осциллятора, который повышает сетевое напряжение до уровня в 6 000 вольт;
силового контрактора, отвечающего за подачу напряжения от сварочного аппарата на горелку;
керамической горелки;
устройства для обдува сварочной зоны;
баллона с аргоном или другим инертным газом;
присадочной проволоки и неплавящихся электродов.

Ручная аргонодуговая сварка не представляет особой сложности. Выполняется очистка и подготовка соединяемых металлов, осуществляется настройка и выбор режима работы. Далее сварщик зажигает горелку, после чего начинается подача газа к непосредственному участку сварки. Газовой горелкой расплавляют соединяемые элементы и аккуратно падают в зону соединения электрод или же сварочную проволоку. Единственный нюанс состоит в том, что отключать подачу защитного газа следует приблизительно через 10−15 секунд после выключения горелки.

Классификация режимов аргонодуговой сварки

Приведенная ниже классификация режимов аргонодуговой сварки позволит правильно подобрать электроды и оборудование.

Автоматическая, с использованием неплавящихся электродов ААД.
РАД сварка электродами с маркировкой для ручной работы.
Дугово-аргоновая автоматическая, с применением плавящихся электродов ААДП.

Как правильно выбрать режим

Именно от правильности выбора толщины электрода и силы тока зависит качество выполненных вами работ. Помните: чем толще соединяемый металл, тем больше диаметр должен быть у используемых вольфрамовых электродов, соответственно, тем выше сила тока. В инструкции по эксплуатации, которая прилагается к аппарату, вы можете найти все данные по силе тока и диаметру электродов в зависимости от толщины соединяемых деталей.

Наибольшей популярностью сегодня пользуются ААД и РАД сварка. А вот профессионалы, которым нужно выполнять большой объем работ, используют мощные полностью автоматические установки.

Преимущества и недостатки этой технологии

К преимуществам РАД технологии можно отнести следующее:

Аргон обеспечивает качественную защиту шва от окисления.
Вся работа выполняется при относительно невысокой температуре, поэтому свариваемые изделия сохраняют свою форму и размеры.
Тепловая мощность дуги находится на высоком уровне, что позволяет существенно сократить время работы.
Сама процедура несложная, поэтому обучиться ей может каждый.
Есть возможность соединения различных по своим характеристикам металлов.

Читайте также: