Сварка в среде защитных газов

Дуговая сварка в среде защитных газов

Защитная среда предохраняет зону сварки от воздействия атмосферного воздуха, обеспечивает устойчивость горения дуги и формирует аккуратный сварной шов. Известными защитными средами являются сварочные флюсы, активные и инертные газы.

Наиболее распространёнными инертными газами являются гелий и аргон, активными – углекислый газ, водород, азот и кислород. Для сварочных работ их применяют как в чистом виде, так и в составе смеси. Сварочные флюсы представляют собой гранулированные, порошковые или пастообразные субстанции, которые добавляются в зону сварки. Характеристики флюса зависят от оксидов, которые образуются в процессе выполнения работы, марки стали и требованиям к качеству шва.

Правильный выбор защитного газа обеспечивает качество шва и прочность соединения, при этом важным условием их применения является повышение производительности работ. Рекомендуемый выбор газа (или смеси газов) часто является справочной величиной, где учитывается химический состав свариваемых изделий, и их толщина.

Инертные газы

Инертные газы не вступают в химическую реакцию и не растворяются в металле, благодаря чему их используют при сваривании легированных сталей, химически активных сплавов алюминия и магния. Инертные газы обладают следующими характеристиками:

• Аргон (Ar) – тяжелее воздуха, за счёт чего вытесняет его (воздух) из зоны горения дуги, защищая сварочную ванну. Аргон обеспечивает стабильность горения дуги, снижает тепловую мощность, он безопасен, т.к. не взрывоопасен и не горит. Выпускается трёх сортов: высшего (А, 99,99%), 1 (Б, 99,98%),) и 2 (В, 99,95%). Аргон 2 сорта применяют для сваривания алюминия, жаропрочных сплавов, конструкционных и коррозионно-стойких сталей; 1 сорта – для алюминиевых и магниевых сплавов; высшего сорта – для сваривания редких металлов и их сплавов (титана, циркония, молибдена), высоколегированных сталей и ответственных изделий.
• Гелий (He) – газ, который легче воздуха, что позволяет его использовать при сварочных работах на высоте. Гелий не взрывоопасен, не ядовит, благодаря высокому потенциалу ионизации, позволяет ускорить сварочные работы. Поставляется двух сортов: высокой чистоты (99,98%) и технической (99,8%). Гелий применяется при сварке химически чистых и активных материалов и сплавов, сплавов на основе магния и алюминия.
• Сварочная смесь из аргона и гелия позволяет объединить достоинства обоих газов, обеспечивая защиту металла, стабильный уровень горения и глубину проплавления. Смесь на основе инертных газов обычно состоит из 60-65% He и 40-35% Ar.

Подача инертного газа или смеси осуществляется в зону расплава несколькими потоками – центральным, боковым или концентрическим. При сваривании ответственных конструкций предпринимают меры для предотвращения попадания воздуха в зону расплава. Такими методами является применение газовой ванны, где можно автоматически поддерживать стандарт, определяемый ГОСТ или требованиями проекта. Так же возможно использование вакуумной камеры, куда закачивают нужный по технологии газ, а сварку выполняют дистанционно, с помощью ЧПУ.

Активные газы

Активные газы, наоборот – взаимодействуют с металлом, что позволяет влиять на свойства расплава при контролируемой подаче газа в зону сварки. Применяемые активные газы имеют следующие характеристики:

• Кислород (O₂) – способствует более активному горению дуги, снижает разбрызгивание и мелкокапельный перенос расплава. Не применяется отдельно и используется в составе смесей с активными и инертными газами. Более чистый кислород имеет повышенную сортность. Снижение чистоты кислорода повышает расход газа и ухудшает качество обработки.
• Углекислый газ (CO₂) – тяжелее воздуха, является окислителем и особенно активно воздействует на цирконий, алюминий и титан. Используется для сварки чугуна, низко- и среднеуглеродистых сталей, низколегированных и коррозионно-устойчивых сталей. Качество сварки в среде CO₂ значительно зависит от его влажности, поэтому его сортность определяется по наличию водяного пара. Для снижения содержания влаги в углекислом газе применяют осушители.
• Водород (H) – повышает текучесть расплава, позволяет обеспечить чистоту поверхности. Не используется в чистом виде, т.к. взрывоопасен при соединении с кислородом. Применяется для сварки никелевых деталей и нержавеющих сталей, эффективен для сварки массивных заготовок.
• Азот (A) – применяется для сварочных работ с медью, т.к. по отношению к меди является инертным газом. Для большинства других металлов вреден, т.к. повышает порообразование в структуре сварочного шва.

На практике, наиболее часто применяют смеси, состоящие из основного газа (тот, которых имеет наибольший объём), одного и более дополнительных компонентов. Правильный выбор смеси позволяет снизить количество дефектов и увеличить производительность.

Для сварки углеродистых, нержавеющих сталей и цветных металлов, выбор правильной смеси является критичным для повышения рентабельности работ.

Газовые смеси (примеры)

Газовая смесь позволяет улучшить качество сварного соединения за счёт использования нужных характеристики каждого газа. Примеры газовых смесей:

• Углеродистая сталь: смесь 75%Ar+25%CO₂ обеспечивает высокую скорость, минимальное образование брызг и отсутствие деформаций. Использование CO₂ в чистом виде обеспечивает более глубокой проплавление металла и высокую скорость сварки.
• Нержавейка: газовая смесь 90%He+7,5%Ar+2,5%CO₂ позволяет исключить прожог металла, обеспечить отсутствие окисления и сформировать небольшую околошовную зону термического воздействия. Смесь аргона и кислорода улучшает стабильность дуги, повышает скорость сварки, часто используется для сваривания тонких нержавеющих сталей.
•  Низколегированная сталь: смесь 5%Ar+25%CO₂ обеспечивает прочность, устойчивость дуги, минимальное разбрызгивание; смесь на основе 60-70% He+25-35%Ar+4,5%CO₂ позволяет добиться высокой ударной вязкости материала.
• Алюминий: тонкий металл варят чистым аргоном; использование смеси 35%Ar+65%He позволяет увеличить производительность, улучшить качество сварочного шва, уменьшить пористость. Использование смесей позволяет сваривать более массивные заготовки.

Выбор подходящей смеси газов влияет на расход сварочных материалов, скорость работ, надёжность шва и методику дальнейшей обработки сварного соединения.