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.
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.
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.
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.
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.
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:
| Углеродистые конструкционные стали (листовой, узкопрофильный прокат) | ||||||||
| Размер проволоки (мм) | Величина стыка (мм) | Сила тока (А) влияет на скорость сварки | Название смеси по ГОСТ и международному стандарту | Компонентный состав смеси | ||||
| Ar | CO2 | O2 | He | |||||
| 0,8 | 1 | от 45 до 65 | К-3.1 (возможна маркировка Argoshield 5) | 92% | 6% | 2% | – | |
| 1,6 | от 70 до 80 | |||||||
| 1 | 3 | от 120 до 160 | К-3.2 (возможна маркировка Argoshield TC) | 86% | 12% | 2% | – | |
| 6 | от 140 до 160 | |||||||
| 1,2 | 6 10 | от 250 до 270 от 140 до 160 | ||||||
| 1,2 | 10 | от 270 до 310 от 140 до 160 | К-2 (возможна маркировка Pureshield P31) Универсальная смесь | 82% | 18% | – | – | |
| 1,2 | 10 | от 290 до 330 | К-3.3 возможна маркировка (Argoshield 20) | 78% | 20% | 2% | – | |
| Легированные стали (жаростойкие. жаропрочные, нержавеющие, кислотоустойчивые) | ||||||||
| 0,8 | 1.6 | от 70 до 855 | НП-1 (возможна маркировка Helishield HI) | 13,5% | 1,5% | – | 85% | |
| 1,0 | 3 6 | от 100 до 125 от 120 до 150 | НП-2(возможна маркировка Helishield H7) | 43% | 2% | – | 55% | |
| 1,2 | 6 10 | от 220 до 250 от 120 до 150 | ||||||
| 1,2 | 10 | от 120 до 150 от 260 до 280 от 270 до 310 | НП-3 (возможна маркировка Helishield H101) | 60% | 2% | – | 38,0% | |
| Сплавы на базе алюминия | ||||||||
| 1 | 1,6 | от 70 до 100 | НП-1 (обозначается также H1 и надписью Helishield-Н1) | 13,5% | 1.5% | – | 85% | |
| 1.2 | 3 6 | от 105 до 120 от 120 до 140 | – | |||||
| 1,2 | 6 | от 160 до 200 | НП-2 (обозначается также H7 и надписью Helishield-H7) | 43% | 2% | – | 55% | |
| 10 | от 120 до 140 | |||||||
| 1,6 | ||||||||
| 1,2-1,6 | от 130 до 200 | |||||||
| 1,5-2,4 | от 300 до 500 | НП-3 (возможна маркировка Н101 и Helishield-H101) | 60% | 2% | – | 38% | ||
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.
Для работы со сварочными смесями нужны профессиональные навыки
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.
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.
