Сварка в инертных газах
В инертных газах - аргоне, гелии, азоте и их смесях сваривают нержавеющие стали, легкие металлы - алюминий, магний, титан, цирконий и медь. Данный способ обеспечивает высокую производительность и получение швов высокого качества.
Наибольшее применение получили два способа сварки в аргоне: неплавящимся электродом и плавящимся электродом. Инертные газы не взаимодействуют с расплавленным металлом и его окислами; они обеспечивают лишь защиту дуги и расплавленного металла от действия кислорода окружающего воздуха, создавая вокруг них защитную газовую атмосферу.
Сварка в аргоне, гелии и других инертных газах имеет следующие преимущества перед сваркой покрытыми электродами и под флюсом:
1. Обеспечивает надежную защиту расплавленного металла от воздействия кислорода окружающего воздуха.
2. Не требует применения покрытий и флюсов, флюсы усложняют аппаратуру и процесс сварки и образуют, как и покрытия, шлаки, могущие загрязнять шов.
3. Характеризуется высокой производительностью и устойчивостью процесса сварки.
4. Позволяет осуществлять полную автоматизацию и механизацию процесса сварки.
5. Допускает возможность сварки разнородных металлов.
6. Дает наплавленный металл с высокими механическими свойствами и постоянством состава.
7. Обеспечивает хороший внешний вид сварного шва.
8. Дает малую зону теплового влияния, что уменьшает деформации, возникающие при сварке.
9. Делает возможной сварку металлов малой толщины.
10. Отсутствуют трудоемкие операции по очистке изделия от шлаков и остатков флюса.
Применяемые газы и электроды
Защитные газы. Требования к чистоте аргона и гелия определяются свойствами свариваемых металлов. Промышленностью выпускается для сварки аргон газообразный чистый по ГОСТ 10157-79 трех марок:
Марки А — для сварки и плавки активных и редких металлов (титана, циркония, ниобия) и сплавов на их основе, а также для сварки особо ответственных изделий из других материалов на заключительных этапах изготовления.
Марки Б — для плавки и сварки плавящимся и неплавящимся вольфрамовым электродом сплавов на основе алюминия и магния, а также других сплавов, чувствительных к примесям газов, растворимых в металле.
Марки В — для сварки и плавки нержавеющих, хромоникелевых, жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок и чистого алюминия.
Требования к аргону приведены в таблице ниже.
ГОСТ 10157—62 разрешает также по согласованным техническим условиям поставку газообразного аргона в смеси с кислородом, водородом, гелием и азотом.
Гелий выпускается по ВТУМХП 0446—54 двух марок:
Гелий и аргон поставляются в баллонах под давлением 150±5 кгс/см 2 . Баллоны для аргона окрашены в серый цвет. На верхней части баллона нанесена зеленая полоса и сделана черная надпись «Аргон чистый». Баллоны для гелия окрашивают в коричневый цвет; баллоны с гелием I надписи не имеют, с гелием II — имеют белую надпись «Гелий».
Если аргон содержит повышенное количество углекислого газа, влаги и кислорода, его можно подвергать дополнительной очистке, пропуская перед поступлением в горелку через очистительные колонки, заполненные 30%-ным раствором едкого калия (для очистки от С02) и кусками едкого калия (для осушки от влаги). Затем аргон пропускают через электропечь с медной стружкой, которая при температуре 650—700° С удерживает кислород. Расход аргона при сварке зависит от диаметра электрода и обычно составляет от 120 до 600 дм 3 /ч.
Расход гелия при сварке на 30—40% выше расхода аргона, напряжение дуги в гелии в 1,5—2 раза больше, чем в аргоне. Дуга в гелии при одинаковом токе выделяет больше тепла, чем в аргоне и обладает большей проплавляющей способностью. Изменение длины дуги в гелии оказывает большее влияние на глубину проплавления. Гелий в 10 раз легче аргона. Более широкое применение для сварки получил аргон.
Электроды. В качестве неплавящихся электродов применяют вольфрамовые стержни. Вольфрам представляет собой тугоплавкий металл, плавящийся при 3350—3600° С. Для электрода берется вольфрамовая проволока диаметром от 1 до 8 мм, содержащая до 1,5—2% окиси тория, или вольфрамовая проволока BЛ-10 с примесью лантана. Добавка к вольфраму тория или лантана при сварке на постоянном токе прямой полярности обеспечивает высокую устойчивость дуги, хорошее ее зажигание, позволяет повысить плотность тока в электроде при малом расходе вольфрама и уменьшает чувствительность электрода к загрязнениям при коротких замыканиях его на изделие. В процессе сварки электрод частично испаряется; расход вольфрамовых электродов при токе до 300 А равен примерно 0,5 г/м шва.
Угольные или графитированные электроды можно применять только при сварке нержавеющих и жароупорных сталей и нельзя использовать при сварке легких сплавов (алюминиевых и магниевых), так как в этом случае на поверхности шва получается темный налет и образуются поры. При сварке угольными электродами не обязательна дополнительная очистка технического аргона от примеси кислорода и влаги, так как эти вещества химически связываются углеродом электрода и поэтому не оказывают вредного влияния на качество шва.
При сварке плавящимся электродом используется металлическая проволока из того же металла, что и свариваемый металл (алюминий, нержавеющая сталь).
Автор: Администрация
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Выбираем сварочный защитный газ
Газ активно используется при сварке. В одних случаях он выступает топливом, за счет которого происходит горение факела и расплавление металла. В других случаях он предотвращает взаимодействие уже расплавленного металла с внешней средой. Тогда его роль защитная. Какие бывают виды защитных газов и для сварки каких металлов они подходят, рассмотрим в этой статье.
В этой статье:
Как действует защитный газ
В твердом виде металлы вступают в медленные химические реакции. Например, окисление нелегированной стали кислородом, находящимся в воздухе и воде, может длиться годами. Поэтому ржавчина проступает в виде небольшой точки на поверхности, потом разрастается и только спустя годы появляется сквозная коррозия.
Когда металл расплавляется, он становится открыт для быстрых химических реакций. Например, во многих сталях в составе есть углерод. Это активное вещество, взаимодействующее с кислородом, присутствующим в воздухе. Если при помощи электрической дуги создать сварочную ванну, но никак ее не защитить, молекулы углерода начнут притягиваться к молекулам кислорода, вырываясь из расплавленного металла. Когда ванна застынет, вся поверхность будет пронизана порами. Ни о какой герметичности и прочности соединения здесь не может быть и речи.
Защитный газ при сварке изолирует расплавленный металл от взаимодействия с внешней средой. В результате:
Дополнительная роль защитного газа — охлаждение шва после сварки. Если прекратить подачу смеси сразу при затухании электрической дуги, не до конца застывший металл успеет вступить в реакцию с кислородом и появится кратер. Такая точка на замке кольцевого шва водопроводной трубы станет причиной протечки. Пост подача газа позволяет быстрее остудить стык, продолжая при этом его защиту, и скорее перейти сварщику на следующую задачу.
В каких видах сварки применяются защитные газы
Защитные газы применяются в двух видах сварки:
Отличия по свойствам защитного газа
Защитные газы при сварке бывают инертными и активными. Еще практикуется смешивание их между собой или соединение нескольких инертных газов. Возможны тройные объединения.
Инертные
Инертные — относятся к VIII группе периодической системы Д. Менделеева. Они нейтральны к большинству других химических веществ, поэтому при соприкосновении с расплавленным металлом проявляют пассивность. Газ никак не реагирует на водород, а значит сварочная ванна не бурлит. Это объясняется тем, что молекулы газа насыщены электронами, отталкивающими любые молекулы других веществ, не давая вступать в соединение.
Обозначаются инертные газы в названии сварки буквой "I", что означает Inert. Встречаются в аббревиатурах MIG (Metal Inert Gas) и TIG (Tungsten Inert Gas). Примеры инертных газов — аргон и гелий.
Активные
Активные — способны взаимодействовать с расплавленным металлом, изолируя его при этом от внешней среды. Могут растворяться в сварочной ванне. По свойствам активные газы подразделяются на окислительные (углекислый газ), восстановительные (водород) и газы с выборочной активностью. Последние вступают в реакцию только с определенными металлами, оставаясь к другим нейтральными. Например, азот активен только для алюминия и черных сталей.
Смешанные
Некоторые виды активных и пассивных газов смешиваются, что позволяет улучшать защиту сварочной ванны и облегчать наложение шва. Такие смеси обозначаются как MIX и содействуют:
Один из самых распространенных примеров смеси — 80% аргона и 20% углекислоты. Иногда бывает 75/25%. Его используют для полуавтоматической сварки черных металлов.
Другие миксы состоят только из инертных газов. Смешиванию подвергаются аргон и гелий (40/60% или 35/65%), благодаря чему сварочная ванна защищена еще лучше. Такой микс содействует выделению тепла в зоне сварки, повышая глубину провара.
Какой конкретно газ выбирать для сварки и резки
Рассмотрим распространенные сварочные защитные газы, их свойства и применение, что упростит выбор для конкретной задачи.
Аргон (Ar)
Инертный газ, остающийся пассивным ко всем видам металлов. Не имеет запаха и цвета. Поставляется в серых баллонах с зеленой надписью. Чаще всего используется при аргонодуговой и полуавтоматической сварке легированных сталей, тугоплавких металлов, алюминия, меди. Как микс подходит для сварки углеродистых и малоуглеродистых сталей. Аргон тяжелее воздуха на 38%, поэтому эффективно вытесняет его из сварочной ванны, чем обеспечивает надежную защиту.
Углекислый газ (СО2)
Активный газ, без цвета и запаха, но с кислым вкусом. Не ядовит, растворяется в воде, взаимодействует с кислородом. Тяжелее воздуха, поэтому надежно изолирует расплавленный металл. Поставляется в черных баллонах с желтой надписью. Задействуется в полуавтоматической сварке MAG. Привлекателен низкой ценой, но выделяется повышенным разбрызгиванием металла и менее стабильной электрической дугой. При сварке с использованием углекислоты раздается характерный треск.
Чаще всего используется для кузовного ремонта, холодной посадки частей машины и пр. Хорошее качество шва обеспечивается применением углекислого газа 1 сорта. В нем нет азотной кислоты, спирта, эфиров и аммиака. Допускается использование пищевой углекислоты или газа 2 сорта, но из-за увеличенного содержания водяных паров снижаются пластические свойства стали и возможна повышенная пористость шва. Для соединения низколегированных и малоуглеродистых сталей можно подключать баллоны со смесью 30% кислорода и 70% углекислоты, но тогда окисляющие процессы увеличиваются.
Гелий (Не)
Инертный газ, поставляемый в коричневых баллонах с белой надписью. Чистый гелий легче воздуха, поэтому для полноценной защиты сварочной ванны понадобится большой расход. Зато гелий содействует лучшему проплавлению за счет повышенного тепловложения. Подходит для сварки толстых легированных сталей и химически активных металлов. Но стоит чистый гелий дорого и применяется только на специфических производствах. Чаще оправдано использование смеси гелия с аргоном в пропорции 60/40%.
Газ без запаха и цвета. Вещество не горит, не поддерживает горение. Поставляется в черных баллонах с желтой надписью. По ГОСТу 9293-59 бывает 4-х сортов, с содержанием от 96 до 99.5%, остальное — кислород. Подходит для сварки меди.
Кислород
Активный, бесцветный, негорючий газ. Поставляется в синих баллонах с черной надписью. В чистом виде используется только для газопламенной резки и газовой сварки, поскольку активно поддерживает горение.
Для электросварки подается в качестве смеси с углекислотой или тройной смеси с углекислотой и аргоном. Содействует повышению тепловложения на поверхности материала, из-за чего форма проплавления становится не клиновидной, а в виде "гвоздя со шляпкой". Добавка кислорода улучшает капельный перенос металла. Подходит для сварки черных тонких металлов.
Водород
Активный газ, без запаха, цвета, поставляемый в зеленых баллонах с красной надписью. Используется при сварке только в смесях. Концентрация не превышает 10%. Применяется при сварке аустенитной нержавеющей стали. Смеси, где содержание водорода достигает 30-40%, подходят для плазменной резки нержавеющей стали, повышая мощность дуги и снижая количество нависающего на краях шлака.
При сварке чистой углекислотой дуга может немного гулять, повышается разбрызгивание металла. Аналогичный процесс в среде аргона и углекислоты проходит гораздо спокойнее, но стоит микс дороже. Для ответственных швов рекомендуем использовать защитный газ Ar+CO₂, а приварить пороги авто можно и дешевой углекислотой.
Баллоны с защитным газом бывают емкостью от 10 до 40 литров. Чем больше емкость, тем реже придется менять баллон при активной сварке. Но с увеличением вместимости, возрастает и вес. Например, баллон аргона 40 литров весит более 80 кг. Часто переставлять его неудобно, поэтому большие баллоны подходят только для стационарного рабочего места. Для выездной деятельности лучше купить баллон 10 л.
Покупая сварочный баллон, проверьте дату следующего технического освидетельствования. Она не должна быть просрочена. При обмене пустого баллона на полный в специализированном пункте, смотрите тоже на дату ТО, но дополнительно оцените латунный вентиль. Он не должен быть погнут (иногда такое бывает от падения). Посмотрите на резьбу, куда будете прикручивать редуктор. Она не должна быть побита, иначе гайка не накрутится. Транспортировку баллона (пустого или полного) осуществляйте в защитном колпаке на вентиле.
Для каждого металла эти показатели разные. Для сварки черных или нержавеющих сталей настройте 0.5 с предпродувку и 5 с постродувку.
Если речь идет о защитных газах при сварке, которые не горят (углекислота, аргон, микс, гелий), то обязательного расстояния, на которое должны быть удалены баллоны нет. Но падающие искры на редуктор, манометр, газовый шланг вряд ли пойдут на пользу оборудованию, поэтому располагайте баллон на дистанции 2-3 м. Это поможет не толкнуть его случайно при перемещении сварщика по рабочему месту.
Дуговая сварка в инертном газе с неплавящимися вольфрамовыми электродами (TIG)
Дуговая сварка в среде инертного газа с неплавящимся вольфрамовым электродом (TIG или GTAW - газовая дуговая сварка вольфрамовым электродом) - это процесс, в котором тепло, необходимое для сварки, подается электрической дугой, которая поддерживается между неплавящимся электродом и обрабатываемой деталью. Электрод, используемый как проводник тока, состоит из вольфрама или вольфрамовых сплавов. Зона сварки, расплавленный металл и неплавящийся электрод устойчивы к атмосферным влияниям благодаря инертному газу, который подается горелкой. Сварка ТИГ осуществляется с добавлением сварочного материала (сварочной проволоки) или плавкой основного материала с помощью теплового эффекта, производимого электрической дугой.
Сварочная цепь
1. Источник питания
Назначение источника питания - питание электрической дуги, которая создается между основным материалом и вольфрамовым электродом, благодаря подаче тока, достаточного для поджига дуги. Внутри источника питания обычно присутствует устройство, регулирующее сварочный ток, механическое (магнитный шунт) или электронное (тиристор или инверторная система). Различают два типа источников питания:
а) источник питания переменного тока
Выходной ток/напряжение из источника питания принимает форму квадратной волны, которая изменяет полярность через регулярные интервалы времени с частотой от 20 до 200 Герц или более, в зависимости от типа источника питания. Это достигается с помощью одного или двух устройств, назначение которых - преобразование тока/напряжения синусоидальной волны из распределительной сети в подходящий переменный сварочный ток/напряжение.
б) источники питания постоянного тока
Выходной ток источника питания имеет форму непрерывной волны, которая достигается с помощью устройств, способных преобразовывать ток/напряжение из переменного в постоянный. Если сварочная цепь состоит из источника питания постоянного тока, то она может быть далее классифицирована в соответствии с методом подключения полюсов источника питания к свариваемому материалу или с видом сварочного тока:
- постоянный ток с соединением прямой полярности
В случае с соединением с прямой полярностью, горелка и ее кабель подсоединяются к отрицательному полюсу, а свариваемый материал к положительному полюсу источника питания; в этом случае электроны текут от электрода к детали, вызывая плавку.
Это наиболее часто используемый тип тока при сварке TIG. Он обеспечивает хорошую свариваемость почти всех видов металлов, поддающихся сварке, и сплавов, за исключением алюминия. Постоянный ток с прямой полярностью создает узкую глубокую сварочную ванну, а также обеспечивает лучшее проникновение, чем в случае с обратной полярностью.
В этом случае горелка с кабелем подсоединяется к положительному полюсу, а деталь - к отрицательному полюсу источника питания. Этот тип питания используется редко, поскольку он производит мелкую сварочную ванну и плохое проникновение. Обратная полярность сама по себе вызывает чрезмерный перегрев электрода, и чтобы предотвратить электрод от возгорания, нужно использовать слабые токи. В этом причина ограниченного использования этого типа соединения.
Существует еще одна группа источников питания, известных как источники питания постоянного тока вне зависимости от типа соединения и называемых модулированными или импульсными источниками постоянного тока. Модулированный источник тока - это источник питания постоянного тока, оснащенный специальными устройствами для изменения силы сварочного тока. Модулированный или импульсный ток достигается путем наложения на постоянный основной ток следующей компоненты, обычно квадратной волны, для получения эффекта периодической пульсации дуги. При такой системе получается сварочный шов, состоящий из непрерывного наложения точечных сварок, которые последовательно образуют единый шов. Этот метод типичен для сварки тонких материалов, когда необходимо контролировать количество тепла для предотвращения перфорации детали без уменьшения проницаемости сварки.
2. Горелка со связкой проводов
Горелка для ТИГ-сварки - это инструмент, который включает в себя вольфрамовый электрод и подсоединяется к пучку проводов, которые в свою очередь подсоединены к источнику питания. Ее назначение - подавать электроэнергию и создавать газовую защиту. В зависимости от типа использования, горелки могут охлаждаться естественным образом через газовую защиту, если требуется использование слабых токов, или с помощью системы водного охлаждения, когда используется сильный ток (200-500А) и частая сварка.
3. Сварочная проволока
Толщина материала, тип соединения и желаемые характеристики сварки влияют на определяют необходимость применения металлического сварочного материала и его добавления в сварочную ванну. Добавление металлического сварочного материала при ручной сварке достигается введением проволоки в зону дуги со стороны сварочной ванны. Используемый металл часто такой же, как и основной, и часто включает ограниченное количество раскислителя или других компонентов для улучшения свойств области плавки.
4. Газовый баллон с редуктором
Газовый баллон с редуктором состоит из:
- баллона с защитным газом/ами
- манометра, показывающего количество газа в баллоне
- регулятора газа
- электромагнитного клапана (если горелка оснащена кнопкой и контролируется ею, открывая и закрывая поток газа в соответствии с потребностями сварщика).
5. Зажим с заземляющим кабелем
Зажим с заземляющим кабелем используется для создания электрического соединения между источником питания и основным материалом. Сечение и длина кабеля зависят от максимального тока (в амперах) сварочного источника питания.
6. Система водного охлаждения
Система водного охлаждения - это устройство, используемое для охлаждения горелки, чтобы предотвратить чрезмерный перегрев, в случае применения сильных сварочных токов. Посредством насоса этот аппарат непрерывно подает воду, которая циркулирует в пределах горелки и контролирует перегрев с помощью системы охлаждения.
Защитные газы
Основное назначение газовой защиты - вытеснение воздуха из области сварочной ванны, электрода и конца сварочной проволоки (если она используется) для предотвращения риска загрязнения вредными веществами в окружающем воздухе. Физические и химические свойства газовой защиты могут по-разному влиять на сварку, в зависимости от типа металла. Газы используемые для защиты при сварке TIG - это аргон, гелий, аргонно-гелиевые или аргонно-водородные смеси. Очень важно, чтобы газы были как можно более чистыми, поскольку даже незначительный процент примесей может оказать влияние на качество сварки и сделать его неприемлемым. Во время сварки с использованием аргонной газовой защиты дуга довольно стабильная, но сварочная ванна более холодная, поэтому этот газ больше подходит для сварки тонких материалов.
Аргон - широко применяется, поскольку он намного дешевле гелия; это основной фактор выбора газовой защиты.
Дуга с гелиевой защитой производит больше тепла, чем с аргонной; таким образом его использование рекомендовано при сварке материалов с высокой теплопроводностью, позволяя в этом случае повысить качество и скорость сварки. Поскольку гелий легче воздуха, его расход для обеспечения достаточной защиты сварочной ванны выше, чем аргона.
Смеси аргона и гелия используются для обеспечения газовой защиты с промежуточными характеристиками.
Неплавящиеся электроды
На рынке представлены различные виды неплавящихся электродов:
Они используются со слабыми токами и переменным током, поскольку в этом случае дуга более стабильна. По цене эти электроды самые экономичные.
Они выдерживают сильные токи. Дуга легко поджигается и остается довольно стабильной. Эти электроды рекомендуются для сварки стали постоянным током с прямой полярностью.
Они используюстя для ручной сварки алюминия, магния и его сплавов со средне-низкой силой тока.
Они отличаются высоким выделением электронов и дают хорошее проникновение с удовлетворительной износостойкостью.
Системы поджига дуги:
Подготовительный разряд поставляется высокочастотным генератором, который налагает высоковольтный импульс на сварочное напряжение; мощность этого устройства минимальная, но в то же время достаточная для поджига электрической дуги на расстоянии. Высоковольтный поджиг требует использования особой сварочной горелки, оснащенной кнопкой контроля поджига.
В этом случае дуга поджигается между вольфрамовым электродом и вспомогательным электродом, который может представлять из себя кольцо, прикрепленное к соплу горелки. Пилотная дуга поджигается высокочастотной искрой, которая входит в цепь поджига пилотной дуги. После поджига вспомогательное зажигание отключается, поскольку основная дуга зажигается самопроизвольно простым разрядом вольфрамового электрода, который становится раскаленным в ионизированой газовой атмосфере. Такой тип поджига в основном используется в автоматизированных устройствах.
- поджиг LIFT (плавный поджиг дуги с подъемом)
Достигается с помощью устройства, которое подает слабый ток (чтобы не повредить конец вольфрамового электрода), когда электрод входит в контакт со свариваемым материалом. Когда электрод отрывается от детали, создается искра, которая заставляет дугу поджигаться; затем источник питания увеличивает сварочный ток до достижения установленных значений. Поскольку высокие частоты не используются, поджиг с подъемом не создает электромагнитных помех; однако, контакт, устанавливаемый между кончиком электрода и основным материалом, загрязняет сварочную ванну.
- поджиг царапаньем / чирканьем / касанием
Этот поджиг осуществляется путем проведения по свариваемой детали вольфрамовым электродом, что заставляет дугу поджигаться. Контакт между электродом и свариваемой деталью приводит к появлению включений вольфрама в начале шва, что снижает качество сварки.
Материалы, свариваемые TIG
Эта процедура в основном используется для сварки нержавеющей стали, алюминия и его сплавов, никеля, меди, титана и их сплавов.
Нержавеющая сталь сваривается постоянным током с электродом отрицательной полярности. Можно сваривать материалы толщиной до 2.5мм без добавления сварочного материала; более толстые требуют скашивания краев и использования сварочной проволоки, материал которой должен подходить для качества свариваемой нержавеющей стали.
Перед продолжением сварки рекомендуется произвести очистку щеткой из нержавеющей стали.
Алюминий и его сплавы следует сваривать переменным током и, для получения шва хорошего качества, использовать источник питания высокой частоты. В случае сильного окисления, его можно удалить щеткой или травлением (химическая процедура для удаления окисления).
В этом случае также возможно сваривать материалы до 2.5мм без добавления сварочного материала; для сварки более толстых, края нужно скосить и использовать сварочную проволоку.
Сварка в атмосфере аргона с использованием вольфрамового электрода также применяется в случае с мягкими сталями и стальными сплавами, медью и ее сплавами, титаном и благородными металлами. Для всех этих металлов и сплавов используется постоянный ток с прямой полярностью.
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.
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.
Читайте также: