Использование газа в сварочных работах — виды, характеристики, особенности применения

О чем статья:

Выбираем защитный газ для сварки: гелий, аргон, углекислота

Кислород отрицательным образом влияет на сварочную ванну, что может снизить стойкость шва к коррозийным процессам. Кроме этого, в результате уменьшатся его прочностные качества.

Как следствие на шве могут появиться поры. Благодаря потоку газа сварочная ванна имеет защитную оболочку, которая защищает ее от опасного влияния окружающей среды. Более того, защитный газ обеспечивает сварному шву защиту от влаги и окисления.

Качество сварного шва во многом зависит от защитного газа. В особенности это касается таких видов сварки, как MAG — Metal Active Gas, MIG — Metal Inert Gas и TIG — Tungsten Inert Gas.

Защитные газы и их виды

Инертные защитные газы не обладают свойством растворяться либо взаимодействовать с нагретым металлом. Используются во время сварки магния, титана, алюминия. К примеру, азот, аргон, гелий.

Активные газы, наоборот, взаимодействуют с металлом и способны в нем растворяться. К примеру, кислород, углекислый газ, азот, водород.

Аргон является неядовитым и взрывоопасным газом, не имеет вкуса и запаха. Предназначен для аргонодуговой TIG сварки для всех материалов, а также MIG сварки цветных металлов. Аргон допускается использовать также для сварки тугоплавких и химически активных металлов.

При применении аргона удаётся получить узкий и глубокий шов. Этот вид газа перевозится и хранится в специальных баллонах, которые оформлены в сером цвете и имеют зелёную надпись.

Область применения для полуавтоматов

При электродуговой сварке полуавтоматическим аппаратом облако защитного газа необходимо предотвратить контакт расплавленного металла в сварочной ванне с кислородом, азотом и водяными парами, содержащимися в атмосферном воздухе. Такой контакт приводит к образованию окислов и других нежелательных соединений, ухудшающих качество шва, ведущих к образованию пористости, трещин и других дефектов. Облако защитного газа вытесняет воздух из рабочей зоны и надежно закрывает ее. Газ необходимо постоянно подавать в рабочую зону.

Электродуговая сварка в облаке защитных газов используется для практически всех металлов и их сплавов — от черных до цветных, легких, таких как алюминий или магний, и редкоземельных.

Такую технологию используют как на промышленных предприятиях, в полуавтоматических и автоматических агрегатах, так и в небольших ремонтных мастерских. В последнее время оборудование стало доступно и домашним мастерам.

Гелий для сварки

Гелий — неядовитый вид защитного газа, он без запаха, вкуса и цвета. Применяется гелий при аргонодуговой TIG сварке цветных металлов, алюминия и т. д. Также этот вариант подходит для сварки на потолочных поверхностях. В процессе удаётся получить широкий сварной шов со смоченными краями.

Зачастую гелий используется в дополнение к аргону. Он предназначен для соединения магниевых и алюминиевых сплавов, а также активных и химически чистых металлов. Такой газ встречается в баллонах коричневого цвета и имеет белую надпись.

Для сварки более толстых металлов подойдёт углекислый газ. В данном случае нужно быть готовым к образованию брызг в момент сварки. Работать можно лишь с использованием короткой дуги. Газ применяется для MAG сварки порошковой проволокой, полуавтоматической MAG сварки короткой дугой. Представлен в продаже в черных баллонах и надписью желтого цвета.

Газовый состав

При подготовке газовых смесей требуется точно соблюдать нормирование пропорций. Даже малое нарушение заданного состава может привести к значительному изменению свойств и к появлению брака.

Наиболее часто используются такие смеси, как:

• К2: Ar 82% CO2 18%;
• К3.1: Ar 92%, CO2 6% O2 2%;
• К3.2: Ar 86%, CO2 12% O2 2%;
• К3.3: Ar 78%, CO2 20% CO2 2%;
• НП1: He 85%, Ar 13% CO2 1,5%;
• НП3: He 38%, Ar 60% CO2 2%;
• НП2: He 55%, Ar 43% CO2 2%.

Параметры защитных газов для сварочных работ.

Для чего нужны защитные газы при сварке и резке?

В ходе сварочных работ металл нагревается до температуры плавления. В таком состоянии он подвержен влиянию кислорода, азота и водных паров, содержащихся в воздухе. В результате контакта образуются нежелательные химические соединения, ухудшающие прочность и долговечность шва, ведущие к появлению дефектов. Облако защитного газа предотвращает этот контакт и сохраняет высокое качество шва.

Газы, дополняющие сварочные смеси

Благодаря таким сварочным газам есть возможность сделать более качественный шов, снизить разбрызгивание металла.

Для MIG MAG сварки кислород применяется в роли дополнительного компонента. С его помощью можно создать широкий шов, при этом проплавление металла незначительное.

Водород используется для соединения аустенитной нержавеющей стали. В процессе образуется широкий шов с глубоким проплавлением.

Азот предназначен больше для защиты сварного шва от ржавления, нежели в качестве защиты.

Очень важно правильно выбрать защитный газ. От этого напрямую зависит не только качество и геометрия сварного шва. Таким образом, проще будет исправить дефекты и произвести обработку шва в конце.

Сущность процесса

Что такое сварка в защитных газах? Для нее необходимо следующее оборудование:

• сварочный полуавтомат;
• баллон с газом;
• сварочная горелка;
• шланг для подачи газа, объединенный с электрическим кабелем и системой охлаждения горелки.

Может применяться и другое вспомогательное оборудование.

В качестве источника тока для сварки, выполняемой в среде защитных газов можно использовать как устаревший сварочный выпрямитель, так и современный инвертор. В составе аппарата смонтирован механизм подачи сварочной проволоки, служащей присадочным материалом.

Электродом служит сварочная проволока, на которую подается напряжение. Между ее кончиком и металлом заготовки разжигается электродуга. Ее тепло плавит металл, образуется сварочная ванна. Через сопло горелки подается защитный газ, закрывающий рабочую зону от контакта с кислородом, азотом и водяными парами воздуха.

При перемещении горелки сварочная ванна перемещается вслед за дугой, расплавленный металл, остывая и кристаллизуясь, формирует шов. Производительность процесса в несколько раз перекрывает общемашиностроительные укрупненные нормативы времени, отведенные на ручную дуговую сварку.

Инертные газы

Инертными называют газы, не способные к химическим реакциям и практически не растворимые в металлах. Это одноатомные газы, атомы которых имеют заполненные электронами наружные электронные оболочки, чем и обусловлена их химическая инертность. Из инертных газов для сварки используют аргон, гелий и их смеси.

Аргон марки А рекомендуется применять для сварки и плавки активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе,а также для сварки особо ответственных изделий из других материалов на заключительных этапах изготовления.

Аргон марки Б предназначен для сварки и плавки плавящимся и неплавящимся вольфрамовым электродом сплавов на основе алюминия и магния, а также других сплавов, чувствительных к примесям растворимых в металле газов.

Аргон марки В рекомендуется для сварки и плавки хромоникелевых коррозионно стойких и жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок и чистого алюминия.

Гелий подобно аргону химически инертен, но в отличие от него значительно более легок. Гелий легче воздуха, что усложняет защиту сварочной ванны и требует большего расхода защитного газа. По сравнению с аргоном гелий обеспечивает более интенсивный нагрев зоны сварки, что обусловливается большим градиентом падения напряжения в дуге. Гелий поставляют по МРТУ 51—77—66 двух сортов — гелий высокой чистоты и гелий технический.

Инертные газовые смеси:

Аргон и гелий. Обладая большей плотностью, чем гелий, такие смеси лучше защищают металл сварочной ванны от воздуха. Особенно хорошими защитными свойствами обладает инертная газовая смесь, состоящая из 70 об.% аргона и 30. об.% гелия. Плотность такой смеси близка к плотности воздуха. Для сварки химически активных металлов находит применение инертная смесь, содержащая 60—65 об. % гелия, а остальное аргон.Инертные газовые смеси хотя заметно дороже, чем аргон, но превосходят его по интенсивности выделения теплоты электрической дуги в зоне сварки. Это имеет существенное значение при сварке металлов с высокой теплопроводностью.

Смеси инертных и активных газов находят все более широкое применение при сварке плавящимся электродом сталей различных классов ввиду их технологических преимуществ:

• меньшей по сравнению с активными газами интенсивностью химического воздействия на металл сварочной ванны;
• высокой устойчивости дугового процесса;
• благоприятного характера переноса электродного металла через дугу.

Аргон и кислород (другой окислительный газ). существенно повышает устойчивость горения дуги и улучшает качество формирования сварных швов. Наличие кислорода в атмосфере дуги способствует более мелко капельному переносу электродного металла. Это обусловлено поверхностно-активным действием кислорода на железо и его сплавы.Растворяясь в жидком металле и скапливаясь преимущественно на поверхности,кислород значительно снижает его поверхностное натяжение. В результате облегчается образование отдельных капель металла, а их размер уменьшается.Поэтому для сварки стали применяют не чистый аргон, а смеси с кислородом и углекислым газом Аr—О2, Аr—СО2, Аr—СО2—О2.

Аргоно-водородную смесь (до 20 об. %Н2) применяют при микроплазменной сварке. Наличие водорода в смеси обеспечивает сжатие столба плазмы, делает его более острым, сконцентрированным. Кроме того,водород создает в зоне сварки необходимую в ряде случаев восстановительную атмосферу.

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.

Углекислый газ (СО2) — бесцветный, со слабым запахом, с резко выраженными окислительными свойствами, хорошо растворяется в воде. Тяжелее воздуха в 1,5 раза, может скапливаться в плохо проветриваемых помещениях, в колодцах, приямках. Выпускается (ГОСТ 8050-85) трех сортов: высший-99,8% СО2, 1-й-99,5% и 2-й-98,8%. Двуокись углерода 2-го сорта применять не рекомендуется. Для снижения влажности СО2 рекомендуется установить баллон вентилем вниз и через 1-2 ч открыть вентиль на 8-10 с для удаления воды. Перед сваркой из нормально установленного баллона выпускают небольшое количество газа, чтобы удалить попавший внутрь воздух.

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

Приложение ДА (справочное)

Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов ссылочным национальным стандартам Российской Федерации (и действующим в этом качестве межгосударственным стандартам)

Таблица ДА.1

Самые востребованные способы

Сварка газовая наиболее часто использует следующие разновидности технологии:

Левая

Не требует высокой квалификации. Применяется для сварки заготовок малой толщины и с низкой температурой плавления.

Правая

Применяется для сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности и для заготовок от 3 до 16 миллиметров. Вследствие защитного действия факела горелки качество шва повышается.

С использованием сквозного валика

Метод подразумевает движение факела от расплавления верхней кромки к нижней с накладываем на него слоя металла.

С помощью ванночек

Используется для соединения тонколистовых заготовок. Заключает в последовательном создании миниатюрных сварочных ванн по линии шва. Края ванн перекрываются друг с другом, создавая непрерывную линию шва.

Популярные технологии газовой сварки.

Многослойная

Используется для создания особо ответственных соединений большой толщины. Требует тщательной разделки кромок. Характеризуется высоким расходом сварочных газов. Каждый следующий проход уплотняет шовный материал, образованный при предыдущих проходах.

Преимущества

Технология имеет следующие достоинства:

• дешевизна оборудования;
• легкость регулировки мощности горелки и прогрева заготовки;
• нет необходимости в электроснабжении.

Схема работы газовой горелки.
К недостаткам технологии относят:

• медленный разогрем заготовки;
• большие энергетические потери;
• трудности автоматизации.

Сложно также проваривать газом заготовки большой толщины. Пропан и ацетилен, используемые для работы, огнеопасны и требуют строго соблюдения требований по безопасностию