Способы сварки инертных газах

Сварка в среде защитных газов — режимы, технология, применение, способы

Среди самых эффективных способов сваривания металлов выделяется сварка в защитных газах. Специальные газы, поступающие в область сваривания, предотвращают поступление воздуха, который оказывает негативное влияние на свойства соединения материалов.

Благодаря этому сварные швы получаются чистыми (без шлака), герметичными (без пор) и соответствуют заданным характеристикам при соблюдении рекомендаций ГОСТ 14771-76.

Общая информация

Технология полуавтоматической сварки крайне проста. В работе зачастую используется плавящаяся проволока и защитный газ. В качестве газа используют аргон, углекислоту или гелий, а иногда и смеси этих газов. Сварка выполняется с применением полуавтомата, на нем устанавливается постоянный или импульсный ток. Во время сварки плавится и проволока, и сам металл. Они смешиваются и образовывают единый шов. Газ выполняет защитную функцию. Он подается в сварочную зону с помощью горелки и защищает шов от окисления и образования дефектов.

Также существует сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа, но она применяется редко, поэтому не будем заострять на ней внимание. А вот о чем стоит рассказать подробнее, так это о сфере применения такой сварочной технологии. MIG/MAG сварка может применяться не только на суше, но и под водой, что существенно увеличивает возможности сварщика.

Сущность способа

Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся, обычно вольфрамовым, или плавящимся электродом. В первом случае сварной шов получается за счет расплавления кромок изделия и, если необходимо, подаваемой в зону дуги присадочной проволоки. Плавящийся электрод в процессе сварки расплавляется и участвует в образовании металла шва. Для защиты применяют три группы газов: инертные (аргон, гелий); активные (углекислый газ, азот, водород и др.); смеси газов инертных, активных или первой и второй групп. Выбор защитного газа определяется химическим составом свариваемого металла, требованиями, предъявляемыми к свойствам сварного соединения; экономичностью процесса и другими факторами.

Смесь инертных газов с активными рекомендуется применять и для повышения устойчивости дуги, увеличения глубины проплавления и изменения формы шва, металлургической обработки расплавленного металла, повышения производительности сварки. При сварке в смеси газов повышается переход электродного металла в шов.

Смесь аргона с 1—5% кислорода используют для сварки плавящимся электродом низкоуглеродистой и легированной стали. Добавка кислорода к аргону понижает критический ток, предупреждает возникновение пор, улучшает форму шва.

Смесь аргона с 10—25% углекислого газа применяют при сварке плавящимся электродом. Добавка углекислого газа при сварке углеродистых сталей позволяет избежать образование пор, несколько повышает стабильность дуги и надежность защиты зоны сварки при наличии сквозняков, улучшает формирование шва при сварке тонколистового металла.

Смесь аргона с углекислым газом (до 20%) и с не более 5% кислорода используют при сварке плавящимся электродом углеродистых и легированных сталей. Добавки активных газов улучшают стабильность дуги, формирование швов и предупреждают пористость.

Смесь углекислого газа с кислородом (до 20%) применяют при сварке плавящимся электродом углеродистой стали. Эта смесь имеет высокую окислительную способность, обеспечивает глубокое проплавление и хорошую форму, предохраняет шов от пористости.

Смесь углекислого газа с кислородом (до 20%) применяют при сварке плавящимся электродом углеродистой стали. Эта смесь имеет высокую окислительную способность, обеспечивает глубокое проплавление и хорошую форму, предохраняет шов от пористости.

В зону сварки защитный газ может подаваться центрально (см. рис. XI.2 и XI.3, а,в), а при повышенных скоростях сварки плавящимся электродом — сбоку (см. рис. XI.3,б). Для экономии расхода дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя раздельными потоками газов (см. рис. XI.3,в); наружный поток — обычно углекислый газ. При сварке активных материалов для предупреждения контакта воздуха не только с расплавленным, но и с нагретым твердым металлом применяют удлиненные насадки на сопла (подвижные камеры, см. рис. XI.3,г). Наиболее надежная защита достигается при размещении изделия в стационарных камерах, заполненных защитным газом. Для сварки крупногабаритных изделий используют переносные камеры из мягких пластичных обычно прозрачных материалов, устанавливаемых локально над свариваемым стыком. Теплофизические свойства защитных газов оказывают большое влияние на технологические свойства дуги, а значит на форму и размеры шва. При равных условиях дуга в гелии по сравнению с дугой в аргоне является более «мягкой», имеет более высокое напряжение, а образующийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Углекислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение.

XI.2. Схемы сварки в защитных газах а, б — неплавящимся, плавящимся электродом; 1 — сварочная дуга; 2 — электрод; 3 — защитный газ; 4 — газовое сопло (горелка); 5 — присадочная проволока

XI.3. Схемы подачи защитного газа в зону сварки
а — центральная; б — боковая; в — двумя концентрическими потоками; г — в подвижную камеру (насадку); 1 — электрод; 2 — защитный газ; 3, 4 — наружный и внутренний потоки защитных газов; 5 — насадка; 6 — распределительная сетка

Преимущества и недостатки способа

Широкий диапазон применяемых защитных газов обусловливает большое распространение этого способа как в отношении свариваемых металлов, так и их толщин (от 0,1 мм до десятков миллиметров). Основными преимуществами рассматриваемого способа сварки являются следующие:

• высокое качество сварных соединений па разнообразных металлах и их сплавах разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов;
• возможность сварки в различных пространственных положениях;
• отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;
• возможность наблюдения за образованием шва, что особенно важно при механизированной сварке;
• высокая производительность и легкость механизации и автоматизации процесса;
• низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

К недостаткам способа относятся: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги; возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи газа движением воздуха или при забрызгиванни сопла; потерн металла на разбрызгивание, при котором брызги прочно соединяются с поверхностями шва и изделия; наличие газовой аппаратуры и в некоторых случаях необходимость водяного охлаждения горелок.

Сменные детали

У полуавтомата есть дополнительные сменные детали, за которыми нужно периодически следить. К таким деталям относится токосъемный наконечник и сопло. Следите, чтобы эти детали были в исправном состоянии, поскольку от них во многом зависит стабильность горения дуги. Рекомендуем сразу приобрести качественные сменные детали, чтобы они не подвели вас в самый неподходящий момент.

Подготовка кромок и их сборка под сварку

Способы подготовки кромок под сварку (механические, газовые и т. д.) такие же, как и при других способах сварки. Вид разделки кромок и ее геометрические размеры должны соответствовать ГОСТ 14771—76 или техническим условиям на изготовление изделия. При механизированной сварке плавящимся электродом можно получить полный провар без разделки кромок и без зазора между ними при толщине металла до 8 мм. При зазоре или разделке кромок полный провар достигается при толщине металла до 11 мм. При автоматической сварке стыковых соединений производительность процесса значительно возрастает при использовании разделки без скоса кромок (щелевой разделке см. рис. Х.11). При толщине металла до 40 мм зазор между кромками в нижней части стыка до 10 мм. Для обеспечения постоянства зазора в зоне сварки из-за поперечной усадки при сварке каждого прохода выполняют шарнирное закрепление деталей с углом раскрытия кромок, зависящим от толщины свариваемого металла.

XI.11. Схема расположения присадочной проволоки относительно сварочной ванны
1 — присадочная проволока; 2 — сварочная ванна; 3 — электрод; 4 — границы струи защитного газа. Стрелкой указано направление сварки

При сварке в углекислом газе многослойных швов на сталях перед наложением последующего слоя поверхность предыдущего слоя следует тщательно очищать от брызг и образующего шлака. Для уменьшения забрызгивання поверхности детали из углеродистой стали ее покрывают специальными аэрозольными препаратами типа «Дуга». Сварку можно вести при непросохшем препарате. Детали собирают с помощью струбцин, клиньев, скоб или на прихватках. Прихватки лучше выполнять в защитных газах тем же способом, которым будет проводиться и сварка. Прихватки перед сваркой осматривают, а при сварке переваривают.

Недостатки

Для сварки в защитном газе применяют чаще всего инверторные полуавтоматы. Они выступают в качестве основного источника питания и регулируют параметры выходного тока и напряжения. Диапазон регулировки зависит от конкретной модели. Но если брать стандартные параметры соединения, когда не нужно работать со сверхвысокой толщиной, то с ней может справиться практически любой аппарат. Помимо этого к основным параметрам, влияющим на режим, входит расход газа и скорость подачи проволоки. Здесь приведены стандартные данные для полуавтоматов:

Диаметр проволоки, мм Величина тока, А Напряжение, В Скорость подачи проволоки, м/ч Расход газа 1,5 0,8 120 19 150 1 150 20 200 7 2 1,2 170 21 250 1,4 200 22 490 12 4-5 1,6 250 25 680

1,6 300 30 700

Технология сварки

Сварка в защитных газах оказывается весьма эффективной, но для достижения высокопоставленных результатов нужно точно придерживаться технологии. Технология сварки в защитных газах имеет ряд отличий от других способов, что сказывается на технологии ее проведения.

В самом начале идет подготовка металла под сварку. Хоть здесь она оказывает на столь большое влияние, но ее стоит привести. После этого идет подключение и настройка оборудования, чтобы оно соответствовало требуемым режимам сваривания. Дальнейшим этапом будет розжиг дуги, который производится одновременно с подпаливанием пламени горелки.

Если процедура сваривания требует предварительного подогрева, то стоит включить горелку заранее и прогреть ею заготовку.»

После того, как сварочная ванна начала образовываться вокруг электрической дуги, можно подавать проволоку. Для этого используется специальное механизированное устройство, которое позволяет обеспечить подачу с постоянной скоростью. Это удобно, когда нужно сделать длинный шов, не разрывая дуги. Неплавкий электрод позволяет поддерживать дугу максимально длительный период времени.

При использовании постоянного тока, сварка производится на обратной полярности. В данном случае сокращается вероятность разбрызгивания, но увеличивается расход металла. Дело в том, что коэффициент наплавления в данном случае будет значительно снижен. При прямой полярности он оказывается в 1,5 раза выше. Ведение ванны желательно осуществлять слева направо, чтобы специалист мог видеть, как формируется шов, а не действовать вслепую. Все манипуляции осуществляются по направлению к себе.

Схема подачи газа при наплавлении

Формирование шва происходит просто, так что мастеру нужно только ровно вести аппарат на одинаковой скорости. При хорошо настроенном механизме подачи так можно провести до самого конца шва. После отрыва дуги, который должен совершаться по направлению обратному, куда шел шов, может потребоваться дополнительное прогревание.

Схема сварки в среде защитных газов

Используемые защитные газы

Защитный газ для сварки полуавтоматом подбирается для каждого случая в отдельности, так как у всех них свои свойства. Есть, конечно же, и универсальные газы, но везде есть особенности применения.

Аргон является как раз тем самым универсальным вариантом. Он отличается более высокой стоимостью и высоким уровнем защиты, которые существенно превосходит остальных. Это инертный газ, создающий непроницаемую оболочку. Он оказывается вреден для здоровья при использовании, так что здесь обязательно нужно использовать средства индивидуальной защиты.

Водород относится к редко используемым газам. Он поставляется в баллонах в сжиженном состоянии под большим давлением. Особенности сварки в защитных газах с водородом выводят его в особую категорию. Лучше всего он подходит для сварки меди.

Азот также дает защитную среду во время сварки. Механизированное соединение металлических изделий в среде азота обходится относительно недорого и при этом обладает высокими прочностными характеристиками. Газ без запаха и цвета, а также не взрывоопасен.

Углекислота очень часто используется в качестве защитного газа. Она обладает невысокой стоимостью и хорошо подходит для сварки сталей со средним и низким содержанием углерода. Ею можно выполнять основную массу производственных операций.

Стандарты

Данный процесс производится согласно ГОСТ 14771-76. Этот стандарт включает в себя положения о сварных швах, создаваемых электродуговой сваркой проводимой во всех видах защитных газов.

Заключение

Среди современного разнообразия методик, данный тип сварки занимает уверенное место. Соотношение стоимости получения шва, его качества и простоты применения является одними из лучших на сегодняшний день.

Оборудование

В аппаратуре для производства сварочных работ в защитной среде в качестве источника питания чаще всего используют инверторы с широкой регулировкой величины сварочного тока.

Они снабжены устройством подачи сварочной проволоки и газовую систему с баллонами, шлангами, понижающими редукторами. Сварку плавящимся электродом в защитных газах ведут постоянным или импульсным высокочастотным током.

Главными параметрами, характеризующими оборудование, является ток, который можно изменять; напряжение для зажигания и стабильного горения дуги; скорость подачи проволоки, ее толщина. Режимы сварки полуавтоматом многообразны. В зависимости от свариваемых материалов сила тока и другие параметры могут значительно меняться.

Перед началом сварочных работ в защитном газе свариваемые поверхности требуется очистить от всевозможных загрязнений. В первую очередь необходимо очистить кромки от оксидной пленки, ржавчины, жира, масла. Для этого применяются стальные скребки, растворители, нетканые материалы.

Применение защитных газов требует соблюдения определенной последовательности операций. Сначала подается защитный газ, затем включается источник питания, начинает подаваться присадочная проволока и зажигается дуга, потом только начинается процесс сварки.

После гашения электродуги, еще 10-15 секунд в зону сварки подают инертный газ. Это делается для того, чтобы избежать пагубного влияния атмосферы на шов.

В зависимости от видов свариваемых металлов, их толщины используют различные защитные газы. Например, аргон обеспечивает стабильность электрической дуги, а гелий позволяет получать более глубокую проварку шва.

При сварке меди используется водород. Наиболее универсальным газом, который может использоваться практически при сварке любых металлов является аргон. Только его высокая стоимость вынуждает применять более дешевые газы типа углекислого или азота.

Как и электродуговую, в автоматическом режиме применяют технологию сварочного процесса в газовой среде. Она легко поддается автоматизации и используется в роботизированных комплексах в больших производствах. Полуавтоматы широко применяются в мелких мастерских и автосервисах.

Применяемые комплектующие

Сварка полуавтоматом с газом предполагает использование проволоки и, конечно, защитного газа. Ниже вы можете видеть таблицу с используемыми типами газов.

Если вы внимательно изучите таблицу, то обнаружите, что применяются самые разнообразные газы: и активные, и инертные, и смеси газов, в том числе активных с инертными. Газ, который не рекомендуется применять при полуавтоматической сварке — водород. При его использовании металл сильно разбрызгивается и шов получается некачественным.

Теперь о проволоках. Есть отдельный ГОСТ №2246-70, согласно которому допускается использование 75 марок сварочной проволоки. Вы сами понимаете, что при таком разнообразии трудно давать какие-то общие рекомендации по правильному выбору проволоки. Скажем лишь одно: ориентируйтесь на марку детали, которую собираетесь варить. И исходя из этого подбирайте марку проволоки.

В углекислоте

Сварка полуавтоматом в углекислоте получила широкое применение из-за ее дешевизны. Углекислота, попадая в область расплава, защищает его от разрушающего воздействия воздуха.

Но из-за высокой температуры в районе сварочной ванны она разлагается на окись углерода и кислород, поэтому в области сваривания оказываются три газа: углекислота, окись углерода и кислород.

Чтобы не допустить окисления, в сварочную проволоку добавляют кремний и марганец, который реагирует с кислородом раньше железа. За счет этого гасятся реакции образования вредных окисей.

При этом углекислый газ сохраняет свои изолирующие свойства, а соединения кремния и марганца вступают в реакцию друг с другом, в результате чего получается легкое по плотности вещество, которое всплывает в расплаве. Образовавшийся шлак впоследствии легко удаляется.

Перед использованием углекислоты нужно обязательно удалить воду из баллона. Для этого его переворачивают и сливают воду, через 20 минут процедуру повторяют, в противном случае пары воды вызовут пористость шва.

В азотной среде

Азот используют при сваривании деталей из меди и нескольких видов нержавеющей стали. Это обусловлено тем, что азот не реагирует с медью. В качестве электродов используются графитовые или угольные прутки, применение вольфрамовых прутков приводит к их перерасходу из-за образования легкоплавких соединений.

Работают на токах 150-500 А и напряжении дуги 22-30 В. Расход азота находится в пределах 3-10 л/мин. Газ хранится в баллонах при давлении 150 атмосфер.

Сварочное оборудование ничем не отличается от других видов сварки использующих газы, только в горелке предусмотрено специальное крепление для угольного электрода.

Вместо заключения

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов — это несложная, но в то же время эффективная технология. Да, вам придется использовать в работе баллон с газом, а это не всегда удобно. Но если нужно постоянно перемещаться, можно использовать специальную тележку. Она существенно упрощает работу. К тому же, газ стоит дешево (особенно аргон), а качество шва получается отличным.

Так при минимальных затратах на газ, проволоку и полуавтомат вы получаете широкие возможности. Можно варить любой металл любой толщины, проводить работы и на улице, и в помещении. Вам также необязательно быть профессионалом, ведь проволока может подаваться автоматически, а современные полуавтоматы оснащены дополнительными функциями, упрощающими сварку. Словом, купить бюджетный полуавтомат и попробуйте выполнить шов с применением защитного газа. Мы уверены, что в дальнейшем этот опыт обязательно вам пригодится.

Источник