Все особенности аргоновой сварки: принцип и техника работы

Аргонодуговая сварка стали – простой способ получения прочного соединения. Такая технология часто используется для создания швов в сложных конструкциях. При сварке черного металла не требуется использовать дорогостоящие расходные материалы. Подойдут стандартные электроды без специального покрытия.

Правила безопасности сварки в домашних условиях

Независимо от опыта работы, сварщик должен позаботиться о снижении вероятности травм и других негативных явлений в процессе соединения стальных деталей.

Техника безопасности подразумевает соблюдение следующих правил:

1. Возле рабочего места не должны находиться легковоспламеняющиеся предметы и жидкости. При случайном попадании искры может начаться пожар. С рабочей поверхности убирают все, что может помешать во время сварки.
2. В процессе соединения деталей могут выделяться токсичные пары, поэтому над сварочным столом устанавливают вытяжку.
3. Перед началом сварки проверяют основные элементы агрегата. Не допускается использование оборудования с поврежденным кабелем или шлангом подачи газа. Убеждаются в правильности выбора режима работы аппарата.
4. Нельзя использовать тройники или иные средства одновременного подсоединения нескольких горелок. Устройства подключают к отдельным розеткам.
5. Для защиты кожи и глаз сварщика используют костюмы и маски. На руки надевают огнеупорные перчатки.

Технологический аспект сварочного процесса

Перед тем, как сварить тонкое железо электродом, важно провести подготовительные работы, а именно зачистить будущее соединительное место. Предполагается устранение масляной пленки за счет растворителя или иного вещества химической природы. Затем следует поместить флюс на поверхность обрабатываемого металла и выставить необходимые параметры.

В течение проведения сварочных работ следует соблюдать правила безопасности. В завершении процесса рекомендуется оценить качество проведенной сварки.

Какие режимы использовать для сварки черного металла

Правильно выбрав основные показатели функционирования аппарата, можно получить качественный сварной шов. Силу тока устанавливают в соответствии с толщиной детали. Если последняя равна 1 мм, параметр должен составлять 95-100 А. Скорость подачи присадочного материала – 25-30 см в минуту. Расход защитного газа при сварке черного металла – 8 л в минуту.

Рекомендуем к прочтению Как варить чугун в аргоновой среде

Сварка низкоуглеродистых сталей

Из-за малого концентрата углерода данный вид имеет следующие свойства:

• высокая упругость и пластичность;
• значительная ударная вязкость;
• хорошо поддается обработке с помощью сварки.

Низкоуглеродистые стали широко применяются в строительстве и при производстве деталей методом холодной штамповки.

Технология сварки низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали поддаются свариванию лучше всего. Их соединение может проводиться методом ручной дуговой сварки электродами с обмазкой. Применяя данный способ важно правильно подобрать марку электродов, что обеспечит равномерную структуру наплавленного металла. Сваривание должно осуществляться быстро и точно. Перед началом работ нужно подготовить соединяемые детали.

Газовая сварка осуществляется без применения дополнительных флюсов. В качестве присадочного материала используются металлические проволоки с небольшим содержанием углерода. Это поможет предотвратить образование пор.

Для обработки ответственных конструкций применяется газовая сварка в среде аргона.

После сварки готовую конструкцию необходимо подвергнуть термической обработке путем операции нормализации: изделие следует нагреть до температуры примерно в 400°С; выдержать и охладить на воздухе. Данная процедура способствует тому, что структура стали становится равномерной.

Особенности сварки низкоуглеродистых сталей

Хорошая свариваемость таких сталей обеспечивает равнопрочность сварного шва с основным металлом, а также отсутствие дефектов.

Металл шва обладает пониженным содержанием углерода, доля кремния и марганца увеличена.

При ручной дуговой сварке околошовная область подвергается перегреву, что способствует его незначительному упрочнению.

Шов, наплавленный методом многослойной сварки, отличается повышенным уровнем хрупкости.

Соединения обладают высокой стойкостью против МКК из-за низкой концентрации углерода.

Виды сварки низкоуглеродистых сталей

1. Первым методом для соединения низкоуглеродистых сталей является ручная дуговая сварка электродами с покрытием. Для выбора оптимального вида и марки расходников необходимо учитывать следующие требования:

• сварной шов без дефектов: пор, подрезов, непроваренных участков;
• равнопрочное соединение с основным изделием;
• оптимальный химический состав металла шва;
• устойчивость швов при ударных и вибрационных нагрузках, а также повышенных и пониженных температурах.

Наименьший показатель напряжения и деформации исполнитель получает при выполнении сварки в нижнем пространственном положении.

Для сварки рядовых конструкций используются следующие марки электродов:

Сварочные электроды АНО-6

• АНО-3.
• АНО-4.
• АНО-5.
• АНО-6.
• ОЗС-3.
• ОММ-5.
• ЦМ-7.

Для сваривания ответственных конструкций применяются следующие марки сварочных материалов:

• АН-7.
• АНО-1.
• ВСП-1.
• ВСЦ-2.
• ДСК-50.
• К-5А.
• КПЗ-32Р.
• МР-1.
• МР-3.
• ОЗС-2.
• ОЗС-4.
• ОЗС-6.
• ОМА-2.
• РБУ-5.
• СМ-5.
• СМ-11.
• УОНИ-13/45.
• УОНИ-13/55.
• УП-1/45.
• УП-2/45.
• УП-1/55.
• УП-2/55.
• Э-138/45Н.
• Э-138/50Н.
• ЭРС-1.
• ЭРС-2.

2. Газовая сварка осуществляется в защитной среде из аргона, без использования флюса, с применением металлической проволоки в качестве присадочного материала.

3. Электрошлаковая сварка осуществляется при помощи флюсов. Проволочные и пластинчатые электроды подбираются с учетом состава основного сплава.

4. Автоматическая и полуавтоматическая сварка осуществляется с защитной среде; применяется чистый аргон или гелий, часто используется углекислый газ. CO2 должен обладать высоким качеством. Если соединение кислорода и углерода будет перенасыщено водородом или азотом, то это приведет к порообразованию.

5. Автоматическая сварка под флюсом выполняется электродной проволокой диаметром 3-5 мм; полуавтоматическая – 1,2-2 мм. Сваривание выполняется постоянным током обратной полярности. Режим сварки варьируется в значительных величинах.

6. Наиболее оптимальным способом является сваривание порошковыми проволоками. Сила тока располагается в диапазоне от 200 до 600 А. Сварку рекомендуется проводить в нижнем положении.

7. Для сварки в защитных газах используется углекислый газ, а также смеси инертного газа с кислородом или CO2.

Соединение изделий толщиной менее 2 мм. осуществляется в атмосфере инертных газов вольфрамовым электродом.

Чтобы повысить стабильность дуги, улучшить формирование шва и понизить чувствительность наплавленного металла к пористости следует применять смеси газов.

Сваривание в атмосфере углекислого газа предназначено для работ со сплавами толщиной более 0,8 мм. и менее 2,0 мм. В первом случае используется плавящийся электрод, во втором – графитовый или угольный. Вид тока постоянный, полярность обратная. Следует отметить, что данный способ отличается повышенным уровнем разбрызгивания. [ads-pc-2][ads-mob-2]

Выбор аппарата

Для соединения стальных заготовок в среде аргона применяют следующие виды сварочных агрегатов:

1. Ручные. Выбравшему этот инструмент сварщику придется удерживать присадочную проволоку и горелку самостоятельно. Все параметры также задаются вручную.
2. Полуавтоматические. Газ и проволока подаются специальным механизмом в горелку, которую сварщик ведет вдоль соединения.
3. Автоматические. Непосредственного участия оператора в рабочем процессе не требуется. Он управляет устройствами дистанционно.
4. Роботизированные. Оператор включает программу, система ЧПУ следует ей. Выбор такого способа целесообразен при сварке сложных конструкций, которые невозможно соединять иными методами.

Недостатки процесса сварки

Как и для любого процесса и вида деятельности, для сварки железа аргоном присуще наличие недостатков. К числу подобных дискомфортных аспектов принято относить:

• присутствие повышенной стоимости осуществления процесса по сравнению с иными видами сварочных работ;
• высокая вероятность перехода категории выполняемой работы в группу рисковой деятельности ввиду присутствия и непосредственного использования газовой составляющей;
• присутствие ситуаций вскипания в области сварной ванны, что сопровождается явлениями разбрызгивания металлической составляющей в различные стороны от места проведения сварочных работы, что имеет результатом соединение низкого качества с одномоментным формированием условий, опасных для жизни;
• недостаточная представленность и доступность определенных приспособлений, необходимых для организации сварочного процесса.

Возможные проблемы при работе со сталями

Аргонная сварка труб из черного металла может вызывать затруднения, связанные с растрескиванием поверхности.

Это объясняется следующими свойствами стали:

1. Небольшая теплопроводность. Обрабатываемая область быстро перегревается. В таком случае в шве появляются сквозные отверстия, конструкция становится ненадежной. При возникновении этой проблемы силу тока снижают на 20%.
2. Некоторые виды стали сильно расширяются при нагревании. Последующая усадка приводит к деформации сварного соединения. В шве появляются трещины, его качество ухудшается. Увеличение ширины стыка помогает справиться с этой проблемой. Чем толще заготовки, тем больше должно быть расстояние между ними.
3. При TIG-сварке стали повышается вероятность кипения расходного материала с образованием большого количества брызг.
4. Металл имеет высокое сопротивление, из-за которого электрод быстро перегревается. Исключить эту проблему помогает использование коротких стержней.
5. Нарушение температурного режима ухудшает свойства некоторых видов стали, например, нержавеющей.
   Рекомендуем к прочтению

   Сварка углеродистых сталей с различным содержанием углерода.

Особенности аргонной сварки

К особенностям аргонной сварки следует отнести то, что в газовой среде можно варить любые металлы, не только цветные. Обычная сталь не критична к окислению, но в среде инертного газа шов получается более качественный.

В основном процесс идентичен, как и в случае обычной дуговой или полуавтоматической с подачей проволоки. Разница состоит в технологии. Для получения идеального результата накладывать расплав необходимо прерывисто, захватывая по сантиметру за раз. Так расплавленный металл лучше растекается.

Аргонно-дуговая сварка в зависимости от метода и скорости выполнения процесса соединения двух деталей из цветных металлов подразделяется на 2 вида:

• автоматическую;
• ручную.

Обе разновидности выполняются плавящимся электродами или неплавящимися. Во втором случае также используют присадочную проволоку или пруток в зависимости от толщины свариваемых деталей.

На современных предприятиях активно применяется именно автоматическая аргонно-дуговая сварка, потому что она позволяет получать швы высокого качества за достаточно короткое время толщиной не более 1 см и строго по ГОСТ. В качестве электрода используется проволока из похожего сплава, которая автоматически подаётся к месту сваривания. Одновременно с ней подаётся и аргон, который защищает место сваривания от окисления и образования раковин. Такой способ удобен тем, что не придется каждый раз менять электрод.

Также аргонно-дуговая сварка выполняется при помощи специальных плавящихся электродов. Они изготавливаются из вольфрама. При их выборе необходимо обращать внимание на процентное содержание дополнительных компонентов, так как универсальных не существует. В продаже различные их виды в зависимости от типа свариваемых материалов.

Также применяется аргонно-дуговая сварка неплавящимися электродами, как показано на фото. Они изготавливаются из вольфрама, металла, который имеет высокую температуру плавления, поэтому в зоне искрения не плавится. Он используется для нагрева присадочного материала, подаваемого к месту соединения.

В таблице ниже представлены основные разновидности таких электродов, предназначенные для работы с различными металлами.

Обозначение	Состав	Свариваемые материалы
WP (зеленые)	99,5% вольфрам	Алюминий, магний
WY (темно-синий)	Иттрированный, до 2,2% оксидной добавки	Ниобий, тантал, молибден, титан, никель, медь, бронза
WL-20, WL-50 (синие, зеленые)	Добавлен оксид лантана	Высоколегированные стали, медь, алюминий, бронза
WZ-8 (белые)	Содержат оксид циркония	Алюминий, бронза, магний, никель
WT-20 (красные)	Содержат оксид тория	Нержавеющие стали, молибден, тантал, медь, кремниевая бронза, никель, титан

Инструкция по сварке стали аргоном

Процесс соединения стальных элементов трубопровода прост. При наличии хорошего ручного или полуавтоматического оборудования сварку можно легко выполнить в домашних условиях.

Рекомендуем к прочтению Как варить латунь в аргоновой среде

Инструкция предписывает соблюдение следующих рекомендаций:

1. Шов начинают формировать по направленности обрабатываемых краев. Зигзагообразные движения увеличивают ширину стыка, снижая прочность шва.
2. Необходимо поддерживать среднюю скорость движения горелки. При слишком большом показателе проварить детали на всю толщину не получится. Если скорость будет низкой, образуются сквозные дефекты.
3. Проволоку необходимо подавать равномерно. Это исключит образование наплывов и других недостатков. Лучший вариант – использование механического устройства подачи расходного материала.
4. Электрод удерживают перпендикулярно обрабатываемым поверхностям или с небольшим уклоном. Присадочный материал подают под углом 45° к стержню.
5. Пуск газа начинают за 10 секунд до возбуждения электрической дуги, прекращают через 5-7 секунд. Аргон защищает шов от проникновения кислорода, повышая прочность.
6. Завершают сварку железа, плавно снижая силу дуги с помощью реостата.

Преимущества сварочного процесса

В ходе осуществления сварочных работ считается возможным выделение конкретных положительных аспектов, среди которых присутствуют такие моменты, как:

• несложность осуществления процесса сварки металла повышенной тонкости;
• снижение вероятности получения дефектов и брака в обрабатываемой детали;
• возможность задействования сварочных швов подобного характера повсеместно в многочисленных сферах;
• относительная легкость реализации сварочного процесса на практике;
• исключение возможности неудачи в момент зажигания дуги;
• создание непрерывных сварочных швов за счет задействования проволоки необходимой длины;
• возможность осуществления подогрева обрабатываемого металла посредством применения газа горелки;
• минимальная необходимость в осуществлении подготовительных работ по отношению к свариваемому металлу.

Проверка качества

Способ оценки прочности и равномерности шва выбирают с учетом назначения свариваемой конструкции. Визуальный контроль – самый простой способ выявления дефектов.

Во время процедуры замеряют ширину и высоту стыка, которые на всем протяжении соединения должны быть одинаковыми. При осмотре обнаруживаются непровары, наплывы, складки.

Для выявления мелких дефектов используют капиллярный метод, при котором применяется проникающее контрастное вещество. Для оценки сварных швов конструкций, испытывающих повышенные нагрузки, предназначен ультразвуковой контроль. Это недорогой и эффективный метод выявления дефектов, не требующий определения состава и иных свойств стали.

Инструмент для сварочных работ

Степень получаемого качества в результате сварочных работ значительно зависит от применяемых материалов, а также инструмента, которым непосредственно будет осуществляться процесс. Для того, чтобы найти ответ на вопрос, как качественно варить железо сваркой, важно понимать значимость изучения технологии проведения работ, но и зависимость результата сварки от состава металла, задействованного в ходе сварочного процесса.

Временами довольно трудно определить точную структуру свариваемого материла, в результате чего допустимым принято считать применение распространенных марок составляющих элементов сварочного процесса.

Следует помнить, что основа успеха работ зависит от того, как специалист будет сваривать железо сварочным аппаратом с учетом соблюдения выставленных режимов, которые будут учитывать толщину используемого материала.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Демонстрационная сварка стали от рессор электродом Zeller 655

Высокое содержание углерода в сталях данного вида делает их, как правило, непригодными для изготовления сварных конструкций. Они характеризуются низкой пластичностью, поэтому имеют ограниченное применение.

Потребность в высокоуглеродистых сталях возникает при проведении ремонтных работ, при производстве пружин, режущих, бурильных, деревообрабатывающих и других инструментов, высокопрочной проволоки, а также в тех изделиях, которые должны обладать высокой износостойкостью и прочностью.

Технология сварки высокоуглеродистых сталей

Сваривание возможно, как правило, с предварительным и сопутствующим подогревом до 150-400°С, а также последующей термообработкой. Обусловлено это склонностью данного типа сплавов к хрупкости, чувствительностью к горячим и холодным трещинам, химической неоднородностью шва.

К сведению! Исключения возможны, если использовать специализированные электроды для разнородных сталей. См. фото и подпись к нему ниже.

• После подогрева необходимо произвести отжиг, который нужно проводить до тех пор, пока изделие не остынет до температуры 20°С.
• Важным условием является недопустимость осуществления сварки на сквозняках и при температуре окружающей среды ниже 5°С.
• Для повышения прочности соединения необходимо создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла.
• Хорошие результаты достигаются при сваривании узкими валиками, с охлаждением каждого наплавленного слоя.
• Исполнителю следует также соблюдать правила, предусмотренные для соединения среднеуглеродистых сплавов.

Данный демонстрационный образец (сварены воедино рессора, напильники, подшипник и пищевая нержавейка). Если не обращать внимания на качество швов, варили не профессиональные сварщики, фото подтверждает, что вполне возможна сварка “несвариваемых” сталей.

Видео

Особенности сварки высокоуглеродистых сталей

Рабочую поверхность необходимо очистить от загрязнений различного рода: ржавчина, окалина, механические неровности и грязь. Присутствие загрязнений может привести к образованию пор.

Охлаждать конструкции из высокоуглеродистых сталей нужно медленно, на воздухе, для нормализации структуры.

Предварительный подогрев ответственных изделий до 400°С позволяет достичь необходимого показателя прочности.

Виды сварки высокоуглеродистых сталей

1. Оптимальным вариантом проведения сварочного процесса является ручная дуговая сварка с помощью покрытых электродов. Работа с высокоуглеродистыми сталями обладает большим количеством специфических характеристик. Поэтому сварка высокоуглеродистой стали проводится специально разработанными электродами, например, НР-70. Сваривание осуществляется постоянным током обратной полярности.

2. Сварка под флюсом также используется для соединения сплавов данного типа. Равномерно покрыть флюсом рабочую зону в ручном режиме довольно сложно. Поэтому, в большинстве случаев, используется автоматическая технология. Расплавленный флюс образует плотную оболочку и предотвращает воздействие вредных атмосферных факторов на сварочную ванну. Для сваривания под флюсом используются трансформаторы, выдающие переменный ток. Данные аппараты позволяют создавать устойчивую дугу. Главное достоинство данного метода – небольшие потери металла вследствие малого разбрызгивания.

Важно отметить, что не рекомендуется применять метод газовой сварки. Процесс характеризуется выгоранием большого количества углерода, в результате чего образуются закалочные структуры, которые отрицательно сказываются на качестве шва.

Однако, если свариванию подвергаются рядовые конструкции, то применение данного способа возможно. Соединение производится на нормальном или незначительном пламени, мощность которого не превышает 90 м3 ацетилена в час. Изделие нужно подогреть до 300°С. Сварка осуществляется левым способом, что дает возможность уменьшить время нахождения металла в расплавленном состоянии и продолжительность его перегрева.

Технология TIG-сварки

Сварка проводится вольфрамовым или вольфрамсодержащим электродом, который закрепляется в контактной трубке сварочной головки. Помимо электрического контакта со сварочным трансформатором, головка соединяется гибким шлангом с газонагнетательной системой, содержащей инертный газ. Процесс сваривания начинается с подачи газа, за которой следует поджиг дуги и поступление присадочной проволоки в сварочную ванну.

Перед тем как приступать к выбору расходных материалов и расчету параметров сварки, нужно понять, какой металл вы собираетесь варить. Наиболее распространены четыре варианта:

1. Низкоуглеродистые стали (до 0,25%) – относятся к хорошо свариваемым материалам. Для предотвращения хрупкости шва рекомендуется предварительный прогрев заготовок в печи до 150-200℃.
2. Среднеуглеродистые стали (0,25-0,45%) – трудно свариваемые. Требуют обязательного прогрева до 150-400℃ (зависит от конкретной марки стали), а также последующей термообработки в виде отжига или отпуска.
3. Легированные и высокоуглеродистые стали (более 0,45%) – ограниченно свариваемые. Эти металлы относятся к конструкционным, а потому не рекомендуются к сварке. Допускается соединение заготовок, не несущих существенных нагрузок, при условии их защиты от резких перепадов температуры.
4. Чугуны (более 2,41%) – требуют особого режима сварки с предварительным прогревом, предпочтительна работа плавящимся, а не вольфрамовым электродом. Соединения, выполненные методом TIG, не должны испытывать значительных механических нагрузок.

Для снижения температурного воздействия на околошовные зоны используются охладительные радиаторы из меди или других теплопроводных металлов.