Расскажите о применении двойных и тройных смесей защитных газов на основе аргона кратко

Обновлено: 30.06.2024

Широко применяемый в сварочном производстве способ защиты сварочной ванны с помощью однокомпонентных газов (двуокись углерода или аргон) со временем не стал удовлетворять требованиям качества и производительности. Дальнейшим этапом повышения эффективности сварки при изготовлении сварных металлоконструкций стало применение многокомпонентных газовых смесей на основе аргона. Изменяя состав газовой смеси можно в определенных пределах можно изменять свойства металла шва и сварного соединения в целом. Преимущества процесса сварки в газовых смесях на основе аргона проявляется в том, что возможен струйный и управляемый процесс переноса электродного металла. Эти изменения сварочной дуги - эффективный способ управления ее технологическими характеристиками: производительности, величиной потерь электродного металла на разбрызгивание, формой и механическими свойствами металла шва, а также величиной проплавления основного металла.

Газовые сварочные смеси и рекомендуемая область их применения.

Процентное содержание того или иного газа в смеси принимается исходя из толщины свариваемого металла, степени его легирования и требований, предъявляемых к сварным соединениям в зависимости от условий эксплуатации изделия. Области применения различных газовых смесей при сварке плавящимся электродом приведены в таблице 1, режимы сварки в таблицах 2 и 3. Данные смеси проверены практикой, что позволяет рекомендовать их применение для получения качественного сварного соединения.

Защитные газовые смеси для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом.

Инертная газовая смесь, состоящая из 30% He + 70% Ar дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки. Более ровная поверхность шва и, следовательно, меньшее использование сварочной проволоки; Инертная газовая смесь, состоящая из 50% He + 50% Ar подходит для сварки материалов практически любой толщины; Инертная газовая смесь, состоящая из 70% He + 30% Ar , наиболее применима для сварки тонких материалов, может существенно понизить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить, или даже устранить, необходимость подогрева. Сварка неплавящимся электродом с использованием газовых сварочных смесей на основе инертных газов применяется для соединения цветных металлов и легированных сталей.

Состав газовой сварочной смеси	Свариваемые материалы	Область применения
80-95% Ar + 20-5% CO2	Углеродистые и легированные конструкционные стали	Капельный или струйный перенос электродного металла. Стабильность дуги. Сварка металлов широкого спектра толщин.
92% Ar + 6% CO2 + 2% O2	Углеродистые и легированные конструкционные стали	Капельный или струйный перенос электродного металла. Идеально подходит для сварки металлов малых толщин.
85% He + 13,5% Ar + 1,5% CO2	Легированные и углеродистые конструкционные стали	Сварка пульсирующей дугой. Дает великолепные чистые швы с гладким профилем с незначительным окислением поверхности. Идеален для тонких материалов, где высокая скорость сварки дает низкий уровень деформации материала.
43% Ar + 55% He + 2% CO2	Легированные и углеродистые конструкционные стали	Низкий уровень армирования металла шва и околошовной зоны. Подходит для сварки металлов широкого спектра толщин.
60% Ar + 38% He + 2% CO2	Легированные и углеродистые конструкционные стали	Капельный или струйный перенос электродного металла. Придает стабильность дуге, что обеспечивает низкий уровень разбрызгивания и снижает появление дефектов шва.
70% Ar + 30% He	Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали	Инертная газовая смесь. Дает более эффектный нагрев, чем чистый аргон. Увеличивает скорость сварки. Обеспечивает глубокий провар, низкую пористость и ровную поверхность сварного шва.
50% Ar + 50% He	Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали	Инертная, наиболее универсальная газовая смесь для сварки материалов любой толщины.
30% Ar + 70% He	Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали	Инертная смесь, используется для толстых материалов, что позволяет существенно увеличить скорость сварки, уменьшить пористость и снизить применение необходимости подогрева. Дает ровный сварной шов с более глубоким проплавлением и меньшими дефектами.

Таблица 2 Рекомендуемые защитные газовые смеси и режимы сварки в зависимости от типа и толщины материала (сварка плавящимся электродом).

Таблица 3 Рекомендуемые режимы сварки в смесях газов Ar + 12 ~ 18%CO2 (сварочная проволока СВ08Г2С ГОСТ 2246-70)

I св , A	U д , В	G, кг/ч	L эл , мм	D эл , мм	Ψ , %
250-260	23-24	3,8	20	1,6	2,7
300-310	26-27	4,5			1,2
350-360	29-30	5,2			0,7
400-410	31-32	5,4			0,5
400-410	30-31	5,3	25	2	0,8
450-460	32-33	6,5	25	2	1,1

где Iсв - сварочный ток, A;
Uд - напряжение на дуге, В;
G - вес наплавленного метала, кг /ч;
D эл - диаметр электродной проволоки, мм;
L эл - вылет электродной проволоки, мм;
Ψ - потери электродной проволоки на разбрызгивание, %.

Сравнительная оценка технологических характеристик сварочной дуги и механических свойств наплавленного металла, таблица 4 и 5, наглядно показывают эффективность применения газовых смесей по сравнению с СО 2 . Аналогичные сравнительные показатели эффективности гигиенической оценки процесса сварки, таблица 6.

Защитный газ	I св , А	U д , В	Q, кг/ч	Y, %	a нб , %
СО 2	200-210	22-23	2,3	4,7	1,5
СО 2	300-310	30-33	4,3	6,7	2
97%Ar + 3% O2	200-210	21-22	3	1,4	0,2
97%Ar + 3% O2	300-310	29-30	4,7	0,5	-
82%Ar + 18% CO2	200-210	24-25	3	3,8	0,3
82%Ar + 18% CO2	300-310	30-31	5,3	2,9	0,3
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2	200-210	25-26	3,7	3,2	0,2
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2	300-310	30-31	5,3	2,9	0,2
86%Ar + 12% CO2 + 2% O2	200-210	21-22	3,1	1,4	0,2
86%Ar + 12% CO2 + 2% O2	300-310	29-30	5,2	0,5	-

где Q - количество наплавленного металла за единицу времени, кг/ч;
Y - коэффициент потерь электродного металла на разбрызгивание, %:
a нб - коэффициент набрызгивания, определяющий трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей, %.
В таблице приведены средние значения коэффициентов по данным трех замеров.
Сварка образцов произведена проволокой марки Св-10ГСМТ, d 1,4 мм.

Защитный газ	s т , МПа	s б , МПа	d , %	Y, %	KCU, Дж/см 2
Защитный газ	s т , МПа	s б , МПа	d , %	Y, %	+ 20 °С	- 40 °С
СО 2	401	546	27	62,4	14,1	8,4
97%Ar +3% O2	385	590	28	60	20	12
82%Ar + 18% CO2	395	580	30	65	24	16
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2	392	583	29,5	63,5	23,5	15,3
86%Ar + 12% CO2 + 2% O2	390	585	29	63	24	15,8

В таблице приведены средние значения коэффициентов по данным трех замеров;
Сварка образцов произведена проволокой марки Св-10ГСМТ, d 1,4 мм.
I св=250-260А; Uд=23-25В

Гигиеническая оценка процесса механизированной сварки углеродистой стали в СО 2 и многокомпонентных смесях на основе аргона.

Сопоставление уровня валовых выделений твердой составляющей сварочного аэрозоля (ТССА) для различных сочетаний "защитная среда - проволока" проводились при сварке на режимах с различной погонной энергией, обеспечивающей хорошее качество сварных соединений. При от-боре проб на исследование валовых выделений ТССА применен метод внутренней фильтрации на ткань ФПИ-15 и фильтры АФА-ХА-20 воздушного потока, аспирируемого из укрытия зоны свар-ки . Данные этих опытов приведены в таблице. По этим результатам можно сделать вывод о том, что благодаря уменьшению окислительного потенциала защитной среды, при сварке в смесях газа на основе аргона обеспечивается уменьше-ние валовых выделений твердой фракции сварочного аэрозоля, а в ней - снижение содержания токсичных выделений окислов марганца и хрома.

Защитная среда	Сварочная проволока	Режим сварки		Валовые выделения
Защитная среда	Сварочная проволока	I св , А	Uд ,В	г /мин	г /кг
СО 2	Св-10ГСМТ d 1,4 мм (в таблице приведены данные трех замеров)	230	28	0,39	5,6
		300	31	0,83	9,07
		350	33	0,71	5,35
Ar + СО 2		230	26	0,38	5,55
		300	28	0,69	6,59
		350	30	0,46	3,49
Ar + СО 2 + О2		230	26	0,34	4,98

Особенности сварки в смесях газов.

Учитывая, что смесь газов на основе аргона легче, чем СО 2 , то при сварке необходимо соблюдать некоторые условия:
Сварку вести, по возможности "углом" вперед;
Вылет сварочной проволоки должен быть оптимальным в зависимости от диаметра проволоки (15-20мм);
Исключить подсос воздуха, как в соединениях шлангов, так и сопла с горелкой. В то же время необходимо отметить, что при сварке в смесях на основе аргона процесс сварки стабилен, по сравнению со сваркой в СО 2 , даже при некоторой неравномерности подачи сварочной проволоки, а также наличия на поверхности проволоки следов технологической смазки и ржавчины.

Требования к исходным газам для газовых смесей.

Качество сварных соединений в значительной мере зависит от содержания растворенных в металле, так называемых, вредных газов - водорода, азота и их соединений. Поэтому защитные газовые смеси должны иметь в своем составе строго ограниченное количество вредных примесей. Водород способствует образованию пористости при кристаллизации металла и является одним из главных факторов образования холодных трещин, то есть трещин, которые образуются при 200ºC и ниже в процессе охлаждения сварного соединения. Водород поступает в металл сварного шва преимущественно через влагу защитных газов. Азот в большинстве случаев вызывает снижение пластичности металла, пористость и другие дефекты. Отрицательное воздействие на качество сварного шва оказывает так же и пары воды, содержащиеся в защитном газе. При воздействие высоких температур вода разделяется на составляющие водород и кислород. Если кислород выводится в шлаковую фазу, то водород оказывает свое нега-тивное влияние описанное выше. Поэтому для получения сварочных газовых смесей необходимо использовать газы, которые должны по своему составу соответствовать принятым нормам (см. таблицу 7).

№ п / п	Наименование газа	ГОСТ, ТУ	Сорт	Примечание
1	Аргон	10157-89	Высший	Или по ТУ 6-5761810-01-92
2	Двуокись углерода	8050-85	Массовая концентрация водяных паров при Т= 20ºC и давлении 760 мм рт . ст. на уровне высшего сорта, то есть 0,037 г/м3
3	Технический кислород	5583-78	Первый	Массовая концентрация водяных паров при Т= 20ºC и давлении 760 мм рт . ст. на уровне 0,005 г/м3 вместо 0,05 г/м3 по ГОСТу.
4	Гелий газообразный	51-940-80	Марка А , Марка Б	Объемная доля водяных паров не более: Марка А – 0,0005%; Марка Б – 0,002%

Косвенными причинами низкого качества газа, а, следовательно, и сварного шва, является устаревший парк баллонов для газов.

Сварку можно выполнять как с присадочной проволокой, так и без присадки.

При сварке плавящимся электродом в защитных газах дуга образуется между концом непрерывно расплавляемой проволоки и изделием. Сварочная проволока подается в зону горения дуги подающим механизмом со скоростью, равной средней скорости ее плавления. Расплавленный металл электродной проволоки переходит в сварочную ванну и таким образом формируется сварной шов.

При этом способе сварки существуют определенные преимущества:

обеспечивается высокая производительность сварки;

представляется возможность производить сварку при повышенной плотности мощности, при этом обеспечивается более узкая зона термического влияния;

представляется возможность механизировать процесс сварки.

При сварке плавящимся электродом в среде защитных газов различают следующие две основные разновидности процесса: сварка короткой дугой и сварка длинной дугой.

Сварка короткой дугой является естественным импульсным процессом и осуществляется с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки. Особенностью этого процесса являются возникающие замыкания дугового промежутка с частотой 150–300 зам/с.

При сварке короткой дугой наблюдается мелкокапельный перенос электродного металла с частотой, равной частоте коротких замыканий. Это дает возможность производить сварку при меньших значениях сварочного тока, повысить стабилизацию процесса сварки и снизить потери металла на разбрызгивание.

Сварка длинной дугой – это процесс с редкими замыканиями дугового промежутка (3–10 зам/с). В зависимости от режима сварки, защитного газа и применяемых сварочных материалов наблюдаются различные способы переноса электродного металла в сварочную ванну: крупнокапельный, мелкокапельный, струйный и др.

Определенным недостатком сварки плавящимся электродом в аргоне и смеси аргона с гелием является сложность поддержания струйного процесса переноса электродного металла.

Для повышения стабильности сварки и улучшения формирования сварного шва к аргону добавляют до 5 % О2 или до 20 % СО2.

В полуавтомате лучше всего использовать два вида сварочной проволоки.

Первый – проволока, легированная марганцем и кремнием. Ее марка Св – 08 ГС или Св ‑08 Г2С. При сварке выгорающие марганец и кремний замещаются поступающими из проволоки. Углекислый газ является активным, при высокой температуре дуги он разлагается на углерод и кислород. Кислород активно окисляет плавящийся металл, что вызывает поры. Марганец и кремний удаляют кислород из сварочной ванны. Такую проволоку рекомендуется использовать в помещении, где нет ветра, сдувающего защитный углекислый газ.

Вторую разновидность проволоки можно использовать при сварке вне помещений. Она является самозащитной, углекислый газ для ее защиты не требуется. Марки такой проволоки: ЭП 245; ЭП 439; СВ 20ГСТЮА; СВ 15ГСТЮЦА. Кроме кремния и марганца проволока содержит алюминий, титан, церий, цирконий. Такая проволока дороже газозащитной, поэтому ее лучше использовать только для работы вне помещений. Качество шва, сваренного такой проволокой, ниже, чем газозащитной.

Проволока с флюсовой сердцевиной, она же порошковая, внутри наполнена флюсом, улучшающим качество сварки. Некоторые ее марки также являются самозащитными, и ими можно варить вне помещения: ПП-1ДСК; ПП-АНМ-1; ПП-АН7; ПП-АН11.

При покупке проволоки обращайте внимание на ее внешний вид. Загрязнения, ржавчина, следы масла очень быстро засорят спираль шланга вашего полуавтомата. Лучше всего, если катушка с проволокой будет упакована в герметичную полиэтиленовую пленку.

Контрольные вопросы:

1. Каковы достоинства дуговой сварки в защитных газах?

2. Расскажите о применении двойных и тройных смесей защитных газов на основе аргона.

3. Расскажите о сварке в защитных газах неплавящимся электродом.

4. Что вы знаете о сварке в защитных газах плавящимся электродом и в чем ее преимущества?

5. Что вы знаете о сварке в защитных газах плавящимся электродом короткой дугой?

6. В чем отличие сварки длинной дугой от сварки короткой дугой?

Урок 5-8

Сварку можно выполнять как с присадочной проволокой, так и без присадки.

При этом способе сварки существуют определенные преимущества:

обеспечивается высокая производительность сварки;

представляется возможность механизировать процесс сварки.

В полуавтомате лучше всего использовать два вида сварочной проволоки.

Контрольные вопросы:

1. Каковы достоинства дуговой сварки в защитных газах?

2. Расскажите о применении двойных и тройных смесей защитных газов на основе аргона.

3. Расскажите о сварке в защитных газах неплавящимся электродом.

4. Что вы знаете о сварке в защитных газах плавящимся электродом и в чем ее преимущества?

5. Что вы знаете о сварке в защитных газах плавящимся электродом короткой дугой?

Эффективность высокотемпературной обработки металлов повышают сварочные смеси защитных газов, используемых для создания защитного облака над расплавленным металлом. Специальные газосмеси использовать при сварке гораздо выгоднее, чем чистые газы. Разработано несколько стандартизированных составов, применяемых для углеродистых, низко- и высоколегированных сталей и цветных металлов.

Экспериментально доказано, что смеси повышают качество расплава, снижают количество металлических брызг, увеличивают производительность работы сварщика. Сварочные швы становятся пластичными, заметно стабилизируется горение дуги. Влияние вредных факторов снижается за счет уменьшения задымленности, улучшаются условия труда.

Свойства и назначение

Сварочная смесь, создающая защитное облако над ванной расплава способна оказывать на процесс сварки как положительное, так и отрицательное воздействие. Инертные газы ведут себя по-разному:

Аргон за счет ионизации воздуха поддерживает дугу и обеспечивает качественный перенос металла. При работе с толстостенными заготовками, прокатом из металлов, имеющих высокую теплопроводность, аргон, характеризующийся слабой отдачей энергии, малоэффективен.
Гелий с этой точки зрения предпочтительнее, но меньше влияет на стабильность горения дуги и не улучшает перенос металла присадки на поверхность заготовок.
Углекислый газ обеспечивает хорошую защиту за счет высокой плотности, снижает разбрызгивание жидкого металла.

Каждый отдельный газ обладает уникальными свойствами, в смеси они нивелируют отрицательное воздействие отдельных компонентов, усиливают положительное влияние. Составы подбирались методом проб и ошибок с целью повышения качества швов и скорости сварки.

В смеси защитные газы намного эффективнее защищают ванну расплава, снижают вероятность образования дефектов.

Смеси газов

Для сварки используют 4 газообразных бесцветных вещества, вытесняющие из рабочей зоны:

водород, способствующий охрупчиванию металлов;
азот, образующий твердые шлаковые соединения;
кислород, активно окисляющий металлы.

Вытеснение газовоздушных компонентов происходит за счет высокой плотности защитных газов, они формируют малоподвижное облако. У всех сварочных смесей газов удельный вес больше, чем у воздуха. Концентрация компонентов подбиралась экспериментальным путем, учитывалось влияние газов на режим сварки. Смеси на основе аргона значительно расширяют возможности сварки, повышают эффективность работы сварщиков. Минимизируют риски образования дефектов в сварочных швах.

Аргон и углекислый газ

Для сваривания цветных металлов, профиля и проката из высоколегированных сталей используется сварочная смесь аргона и углекислоты. Аргон снижает активность углекислоты, а CO₂ увеличивает теплопередачу аргона. Сварка углеродистых и низколегированных сталей в защитном облаке Ar+CO₂ намного эффективнее, чем в каждом отдельном газе. При концентрации углекислоты в пределах 20% толстостенные металлические конструкции провариваются даже при сильной загрязненности поверхности.

Аргон и кислород

Состав применяют для сваривания низколегированных и легированных никелем сталей. При небольшой концентрации кислорода удается избежать пористости швов, аргон препятствует образованию окислов. Комбинация Ar+O₂ применяется с различными видами сварочной проволоки, расширяет возможности сварочного процесса за счет повышения энергии дуги, стабильного горения. Металл быстрее проваривается. Формируются ровные шовные валики при равномерном прогреве присадочного прутка. Прочность соединения увеличивается за счет расширения диффузионного слоя.

Аргон и гелий

Инертные газы сочетают в разных пропорциях. Самые распространенные составы 7:3 и 1:1. Композиция Ar+He используется при работе с различными металлами:

чугуном различной плотности;
с низколегированными и легированными сталями с высоким содержанием никеля и хрома;
цветными сплавами на основе меди, алюминия;
тугоплавкими заготовками.

Смесь инертных газов исключает образование окалины, трещин, раковин. Часто применяется в наукоемких отраслях для автоматической сварки, где требуется высокое качество швов.

Аргон и водород

Комбинация Ar+H разрабатывалась для соединения сталей с аустенитной структурой, обладающих жаропрочностью. Смесь обеспечивает эластичность швов, процент водорода зависит от марки стали, львиную долю композиций составляет аргон, формирующий плотное защитное облако.

Аргон и активные газы

Концентрация углекислого газа в подобных газосмесях не превышает 20%, кислорода – 2%. При работе с тонкими видами проката и профиля снижают концентрацию углекислого газа, увеличивают содержание кислорода для быстрого прогрева заготовок в месте соединения. При работе с толстыми деталями повышают содержание углекислого газа. Для работы с медными сплавами в композицию вводят незначительное количество азота.

Что лучше: сварочная смесь или углекислота?

Чем лучше варить, специалисты решают самостоятельно, учитывая прочность соединений, затраты на расходные материалы. Для изоляции расплава, образуемого в процессе сварки, можно использовать инертные газы аргон и гелий, углекислоту или сварочную смесь. С введением инертных газов, которые не взаимодействуют с расплавом, в активные, снижается способность углерода растворяться в жидком металле. СО₂ – активный газ, при использовании в чистом виде он насыщает стали и цветные металлы.

Преимущества применения газосмеси:

облегчается струйный перенос электродной наплавки;
швы получаются более пластичные;
снижается риск образования пористости;
ускоряется процесс расплавления металла;
увеличивается прочность соединений;
меньше дымление, выделяемые вещества удерживаются в зоне расплава;
при неравномерной подаче присадочной проволоки сохраняется ритмичность работы;
из-за минимизации разбрызгивания снижается расход электродов и проволоки.

Достоинства сварки в атмосфере углекислого газа:

низкая стоимость;
возможность варить в любом пространственном положении;
хорошая проварка стыков.

Производительность сварочных работ при использовании специальных смесей, защищающих ванну расплава от окисления, повышается на 50%, при этом потребление электроэнергии не увеличивается.

Подбор сварочной смеси для полуавтомата

Присадочная проволока выпускается без защитного покрытия, в полуавтоматах предусмотрена подача защитных газов. Их смешивают с расчетом, чтобы создавалась нужная температура горения, при которой металлические заготовки и проволока не слишком быстро расплавлялись. При рациональном подборе газосмеси для полуавтоматической сварки упрощается процесс формирования швов.

Таблица выбора газосмеси для различных сплавов:

При использовании вольфрамового электрода и проволочной присадки применяют составы из двух инертных газов:

НН-1 (полное название Helishield-Н3), в этой смеси концентрация гелия в пределах 30%, аргона не более 70%. газосмесь обеспечивает более эффективный нагрев, увеличивается скорость плавления металла, формируется ровная поверхность шва.
НН-2 (международная маркировка Helishield-H5) – это в равных пропорциях смешанные два инертных газа: аргон и гелий. Универсальная смесь применяется для соединения черных и цветных заготовок практически любой толщины.

Компонентный и количественный состав оказывает влияние практически на все параметры и режим сварки металлов.

Применение смесей

Бескислородные смеси выбирают при скоростной проходке и сварке цветных металлов. Они дают великолепные чистые швы с гладким профилем, окисление поверхности незначительное, обеспечивают низкий уровень армирования и обеспечивает высокую скорость проходки. Придают стабильность электрической дуге при соединении материалов толще 9 мм, снижают вероятность появления дефектов шва.

При подаче газовой смеси полуавтоматом снижается скорость подачи проволоки, быстрее нагревается горелка. Приходится корректировать режим работы, подбирать массивные головки. Для качественной работы со смесями необходимы профессиональные навыки.

При выборе готовых сварочных газовых смесей с кислородом учитывают особенности составов. К-2 считается идеальным для черных и низколегированных сталей. Другие разрабатывались для металла различной толщины, глубокого провара и сварки тонкостенного листа, профиля без деформации. Кислородосодержащие составы применяются для коротких и длинных швов, реставрационной наплавки изношенных деталей. Могут использоваться повсеместно: для роботов-автоматов, ручной, полуавтоматической сварки во всех пространственных положениях. Выбирают специальные составы для профилированного проката из сортовых сталей, для наплавки.

При ручной сварке важно соблюдать расстояние от заготовок до сопла. Необходимо постоянно поддерживать расстояние в пределах 15–20 мм от стыка, чтобы не допустить непроваров. Горелка размещается под прямым углом. Следует учитывать, что кислородные смеси увеличивают текучесть расплавленного металла, при работе в потолочном и вертикальном положении возможны проблемы.

Самостоятельное смешивание газов

Теоретически смесь можно приготовить непосредственно на рабочем месте, на сварочных участках предусмотрены специальные посты с установкой ротаметров – аппаратов, контролирующих расход компонентов за единицу времени из каждого баллона. По показателям ротаметров с помощью редукторов регулируют состав газовой смеси, подаваемой к рабочим местам сварщиков.

При работе с несколькими баллонами одновременно состав сварочной смеси не будет идеальным. Делая газосмеси самостоятельно невозможно добиться точного процентного содержания компонентов до десятых. Обязательно увеличится расход газов и, соответственно, присадки.

Защитный сварочный газ – оптимальная смесь, используемая при термической обработке металлов. Готовые составы заказывают у специализированных поставщиков или непосредственно на заводах-изготовителях.

Существует несколько причин, по которым при сварке используют не только чистые газы, но и их смеси в определенных пропорциях.
Немаловажными являются экономические мотивы. Чистый гелий стоит дорого, и его используют при сварке только самых ответственных соединений. Аргон в производстве обходится дешевле, поэтому его используют для разбавления гелия. Это позволяет снижать себестоимость сварочных операций, не поступаясь качеством шва. В атмосфере аргона сваривают нержавеющие и высоколегированные сплавы, большинство цветных и редкоземельных металлов.

Для полуавтоматической сварки обычных конструкционных сталей применяют углекислый газ, самый недорогой из всех.

Кроме экономических резонов, важную роль играют физико-химические особенности свариваемых материалов и газов. Аргон облегчает поджиг дуги при работе вольфрамовым электродом, улучшает стабильность ее горения. Но есть у него и недостаток — он снижает отдачу энергии при соединении заготовок большой толщины из материалов с высокой теплопроводностью. В этих случаях приходится использовать гелий, несмотря на его худшие характеристики при розжиге и подержании стабильности дуги.

Смешивание газов позволяет сочетать их сильные стороны и компенсировать слабые. В результате газовые смеси определенных пропорций для определенных сочетаний материалов и сварочных режимов оказываются технически более эффективными, чем чистые газы. Наблюдается и экономическая выгода.

Какие газы смешивают

Для создания смесей используют:

аргон (Ar);
гелий (He);
кислород (O2);
водород (H2);
углекислый газ (CO2).

Для создания смесей используют аргон, гелий, углекислый газ, водород.
Для полуавтоматической сварки MIG-MAG используются различные сочетания перечисленных выше газов. Наименее популярны смеси с добавкой кислорода. Он вызывает угар металла с образованием дыма. Но присадка кислорода позволяет сваривать заготовки без предварительной очистки кромок от ржавчины или следов масла.

Составы

В сварном деле используется много смесей газов в разных сочетаниях и пропорциях. Наиболее популярными являются следующие сварочные газовые смеси:

Аргон и углекислый газ

Смесь нашла свое применение при работе с низкоуглеродистыми сплавами. Она позволяет снизить образование пор в шовном материале, повышая таким образом его плотность и прочность. Кроме того, снижается расход сварочных материалов ввиду меньшего разбрызгивания расплава.
Если довести долю углекислого газа до 20%, то в такой смеси можно успешно варить заготовки большой толщины, невзирая на загрязнения на их поверхности.

Аргон в сочетании с кислородом

Этот состав используется при сварке высоколегированных и кислотоустойчивых сплавов способами MAG и TIG. Он стабилизирует горение электродуги, увеличивает глубину проплава и способствует образованию гладкой поверхности шва.

Углекислота и кислород

Состав используется для сваривания конструкционных низколегированных сплавов с низким содержанием углерода. Доля кислорода достигает 20-40%. Углекислота защищает сварную зону. Кислород нейтрализует негативное влияние водорода, способствует росту глубины проплава и предотвращает прилипание к заготовкам брызг расплава. С другой стороны, кислород снижает коррозионную стойкость шва.

Описание смесей и их свойств

Для проведения сварочных работ используют смеси 2 или 3 газов, которые получаются с помощью смесителя с регулировкой подачи или поставляются в готовом виде в баллоне. Применение защитной атмосферы позволяет перейти от капельного переноса металла в ванну расплава к струйному без риска разбрызгивания потока. В результате увеличивается скорость проведения работ без снижения качества стыка.

Рекомендуем к прочтению Описание метода радиографической дефектоскопии

Распространенные виды смесей для применения в полуавтоматах MIG-MAG:

98%Ar+2%CO2 – используют для сварки нержавеющих сталей, оцинкованных заготовок или соединения деталей из меди с железными элементами;
92%Ar+8%CO2 – применяют при ускоренной сварке листов стали толщиной от 1 до 5 м;
80%Ar+20%CO2 – необходима при наплавке конструкционных или сварке нержавеющих сталей с использованием проволоки из порошкового композита;
75%Ar+25%CO2 – используют при сварке конструкций с увеличенным количеством вертикальных стыков;
82%Ar+18% углекислоты – применяют при наплавке высокопрочных сталей.

Аргон с кислородом

В состав материала входят от 1 до 5% кислорода, который позволяет повысить текучесть расплава в ванне и обеспечивает подачу жидкого металла электрода или присадочной проволоки мелкими каплями. Смесь применяют при изготовлении конструкций из углеродистых или легированных сталей.

Аргон с кислородом позволяет повысить текучесть расплава.

Защитная атмосфера стабилизирует процесс сварки, снижает риск образования пор в металле и позволяет получать ровные стыки.

Кислород и CO2

Смесь ухудшает адгезию капель расплава, попавших на поверхности заготовок, и улучшает внешний вид сварного шва. Допускается соединение деталей с кромками, покрытыми ржавчиной. Защитный газ снижает риск образования пор в металле стыка. Введение кислорода позволяет увеличить температуру в зоне сварки и повысить производительность. Но следует учитывать окисление металла: попадающие в стык примеси ухудшают механические характеристики. При сварке в воздух выделяется дым от сгоревшего металла, негативно влияющий на дыхательные органы.

Водород и аргон

Смесь позволяет улучшить условия наплавки металла на поверхности, используется как защитная атмосфера при сварке нержавеющих сталей и сплавов на основе никеля. Концентрация водорода в среде не превышает 3%, что предотвращает воспламенение газа. В составе смеси допускается небольшое содержание азота и кислорода. Плотность материала при нормальных условиях составляет 1,615 кг/м³. Смесь не оказывает негативного влияния на окружающую среду, по химическим характеристикам близка к инертным газам.

Водород и аргон улучшают условия наплавки металла.

Аргон с гелием

Это универсальная смесь, рассчитанная на сварку конструкционных сталей или цветных металлов и их сплавов (например соединений на базе меди, отличающихся повышенной теплопроводностью). Газ для сварки повышает мощность дугового разряда при неизменной силе тока и напряжении, может использоваться при соединении элементов из хромо-никелевых сталей и алюминиевых сплавов.

Смесь позволяет стабилизировать горение дуги с одновременным улучшением условий сплавления металлических заготовок.

Можно ли самостоятельно смешивать газы?

Технически это возможно, для этого необходимо установить расходомеры-ротаметры на баллонах и по ним отрегулировать редуктором для полуавтомата подачу каждого газа в соответствии с требуемой пропорцией. На каждый литр основного газа будет расходоваться пропорциональная доля дополнительного.
На практике состав получаемой смеси будет нестабильным ввиду недостаточной точности расходомеров и неравномерного снижения давления в разных баллонах по мере расходования газа. Кроме того, сварочный редуктор будет периодически влиять на состав смеси. Какой еще способ применяется?

Надежный метод получения защитного сварочного газа

При работе с ответственными соединениями лучше применять готовые сварочные смеси в баллонах. Они готовятся на заводе по производству промышленных газов в специальных смесителях и равномерно перемешиваются.

Заправка газовых баллонов для сварки на таких предприятиях проводится с точным контролем количества и состава смеси. В этом случае состав смеси точен по пропорциям и постоянен во времени, в отличие от метода смешивания газов на рабочем месте с помощью редуктора для сварочной смеси. Состав смесей нормируется соответствующим ГОСТ и стабилен от партии к партии.

Сложность орбитальной сварки и готовое решение для упрощения технологии

Орбитальная сварка используется для соединения труб и цилиндрических емкостей. Для них необходим высококачественный двусторонний провар, но полноценный доступ к изнаночной стороне шва затруднено.
В этом случае при малом диаметре заготовок их вращают перед сварочной горелкой, при большом диаметре или невозможности вращения на заготовки надевают специальную оснастку, по которой, как планета по орбите, движется сварочный автомат. При этой технологии часто используют подогрев заготовок.

Орбитальная сварка, как правило, проводится в чисто аргонной среде. Если же к соединению по техническим условиям предъявляются особые требования, как-то:

скорость сварки;
глубина проплава;
конфигурация изнаночной стороны шва.

В аргон добавляют гелий или водород. Для особо сложных случаев сварки создают смеси из нескольких компонентов, каждый из которых дает свой эффект.

Алюминий — раскрываем секреты метода

Широко применяемый в аэрокосмической и приборостроительной отрасли алюминий имеет неприятное для сварки свойство: поверхность легкоплавкого (660оС) металла всегда покрыта тугоплавким (более 2200оС) окисным слоем, который не дает нормально сваривать детали.
После удаления этого слоя механическим или химическим методом он самопроизвольно восстанавливается, поскольку алюминий охотно окисляется кислородом, содержащимся в окружающем нас воздухе. Процесс многократно ускоряется при нагреве алюминия до температуры плавления.

Поэтому при сварке алюминиевых деталей необходимо надежно защитить рабочую зону от контакта с воздухом.

Наиболее широко в качестве сварочной смеси для сварки полуавтоматом применяется аргон. Используются также смеси с гелием для сварки полуавтоматом. Он защищает расплав от негативного воздействия кислорода, азота и водяных паров. Сварка ведется по технологии TIG или MIG, с использованием алюминиевой проволоки или прутка в качестве присадочного материала.

Как выбирать сварочные смеси

При подборе сварочной смеси учитывают:

материал соединяемых деталей;
расположение стыка и зазор между кромками;
тип используемого оборудования и диаметр сварочной проволоки.

Орбитальная сварка

Орбитальный процесс сварки необходим для соединения цилиндрических заготовок (например кусков водопроводной трубы). При повышенных требованиях к качеству стыка нужно проварить шов с 2 сторон, но доступ из внутренней части изделия затруднен. Для улучшения качества работ применяют механизм, вращающий заготовки относительно неподвижной головки, или перемещают сварочный аппарат (с предварительным прогревом кромок газовой горелкой или иным способом).

Рекомендуем к прочтению Как получить аттестат НАКС

Орбитальная сварка необходима для соединения цилиндрических заготовок.

Для увеличения глубины заполнения стыка расплавом и ускорения сварки с одновременным формированием гладкого изнаночного шва используют газовые смеси на основе нейтрального Ar с добавками гелия либо водорода. В промышленных условиях при сварке ответственных конструкций применяют многокомпонентные защитные среды, обеспечивающие повышенное качество металла в зоне сварки.

Газ для инвертора

Классический инвертор не оборудован системой подачи защитной среды. Соединение осуществляется дуговым разрядом между наконечником электрода и деталями. Для аргонодуговой сварки требуется полуавтомат с инверторным источником питания. Оборудование предназначено для работ с углеродистыми и легированными сталями, а также цветными металлами.

Защитную атмосферу подбирают в зависимости от химического состава заготовок.

Работа с алюминием

Сварка алюминиевых деталей затрудняется оксидной пленкой, образующейся на поверхности металла и имеющей температуру плавления более +2200°С (близкую к точке кипения материала). Предварительно пленку счищают механическим способом, но она восстанавливается в результате воздействия атмосферного воздуха. Нагрев только ускоряет процесс. Для предотвращения восстановления пленки в зону сварки подают смеси аргона (от 13 до 60% от объема) с гелием (от 38 до 85%) с добавкой углекислого газа (концентрация от 1,5 до 2% от объема).

Сварка алюминия затрудняется оксидной пленкой, бороться с которой помогает смесь аргона с гелием.

Полуавтоматическая сварка

При подборе защитной среды для полуавтомата необходимо учесть химический состав материала заготовок, габариты формируемого шва и сечение присадочной проволоки. Для определения типа смеси используют таблицы (пример приведен ниже). Опытные сварщики учитывают дополнительные характеристики компонентов защитной атмосферы. Например, углекислота снижает разбрызгивание металла электрода и присадочной проволоки. Это упрощает сварку потолочных швов, поскольку уменьшено количество капель расплава, попадающих на защитный костюм оператора установки.

Тип материала заготовок	Толщина стыка, мм	Диаметр проволоки, мм	Скорость сварки, мм/мин	Сила тока в цепи, А	Напряжение дугового разряда, В	Рекомендуемая газовая смесь
Углеродистая сталь	3,0	1,0	от 280 до 520	до 160	17-19	Аргон с примесью углекислоты и кислорода (соотношение 86, 12 и 2% соответственно)
Углеродистая сталь	10,0	1,2	от 300 до 450	до 160	17-18	Смесь Ar (82%) и кислорода (18%)
Легированная сталь	6,0	1,2	до 650	не более 250	25-29	Смесь гелия, Ar и двуокиси углерода (55, 43 и 2% соответственно)
Легированная сталь	10,0	1,2	до 450	не выше 150	16-19	Соединение He (38%) с Ar (60%) и CO2 (2%)
Алюминиевый сплав	1,6	1,0	до 600	70-100	17-18	Соединение He (85%) с Ar (13%) и CO2 (2%)
Алюминиевый сплав	3,0	1,2	до 700	105-120	17-20	Соединение He (85%) с Ar (13%) и CO2 (2%)

Безопасность — экологический взгляд на электродуговую технику

Для того, чтобы при сварочных работах не причинить вреда здоровью работников и окружающей среде, необходимо следовать следующим правилам:

рабочее место должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией;
воздух, попадающий в вытяжку, обязательно должен очищаться фильтровальными установками до показателей чистоты, устанавливаемых экологическими стандартами;
фильтрующие установки должны быть настроены именно на тот газ, который применяется в данный момент;
газовое оборудование должно быть исправно и поверено, для того, чтобы не допускать перерасхода газа и выброса излишков в атмосферу;
вокруг рабочей зону следует установить экраны, предотвращающие распространение вредного ультрафиолетового излучения;
сварщик обязательно должен пользоваться средствами индивидуальной защиты: сварочная маска со адаптивным светофильтром, спилковые перчатки, плотная одежда и обувь, закрывающая все тело, респиратор или индивидуальный дыхательный аппарат с автономным воздухоснабжением.

Контроль качества сварочной смеси позволяет обеспечить безопасные для работника и окружающей среды условия работы. У каждого сотрудника должна быть своя роль в обеспечении производственной и экологической безопасности.

Читайте также: