Какие защитные газы применяют при сварке

Сварка в защитных газах

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.

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.

Общие рекомендации по технике сварки

Ручную и механизированную сварку обычно ведут на весу. Автоматическую сварку можно осуществлять так же, как и при сварке под флюсом, на остающихся или съемных подкладках и флюсовых подушках. Однако во многих случаях наиболее благоприятные результаты достигаются при использовании газовых подушек (рис. XI.4). Они улучшают формирование корня шва, а при сварке активных металлов способствуют и защите нагретого твердого металла от воздействия с воздухом. Подаваемые в подушку газы по составу могут быть аналогичными применяемым для защиты зоны сварки.

XI.4. Схемы газовых подушек
а, б — односторонняя и двусторонняя сварка; 1 — защитный газ; 2 — медная подкладка

Качество шва в большой степени определяется надежностью оттеснения от зоны сварки воздуха. Необходимый расход защитного газа устанавливают в зависимости от состава и толщины свариваемого металла, конструкции сварного соединения, скорости сварки, состава защитного газа.

Влияние скорости сварки на надежность защиты зоны сварки видно из рис. XI.5. Ветер и сквозняки также снижают эффективность газовой защиты. В названных случаях рекомендуется на 20—30% повышать расход защитного газа, увеличивать диаметр выходного отверстия сопла или приближать горелку к поверхности детали. При сварке на повышенных скоростях полезно также наклонять горелку углом вперед, а при автоматической сварке применять боковую подачу газа (см. рис. XI.3,б). Для защиты от ветра зону сварки закрывают щитками. Для достаточной защиты соединений, указанных на рис. XI.6,в,г, необходим повышенной расход газа. При их сварке рекомендуется устанавливать сбоку и параллельно шву экраны, задерживающие утечку защитного газа. При равных условиях расход гелия благодаря его меньшей плотности должен быть увеличен по сравнению с аргоном или с углекислым газом.

XI.5. Влияние скорости сварки на эффективность газовой защиты
а—в — сварка соответственно на малой, средней и очень большой

XI.6. Схемы (а—г) расположения границы струи защитного газа при сварке различных типов соединений

Защитные газы. Инертные, активные газы и смеси. Общие технические требования

В качестве защитных газов при сварке плавлением применяют инертные газы, активные газы и их смеси.

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 газы

Активными защитными газами называют газы,способные защищать зону сварки от доступа воздуха и вместе с тем химически реагирующие со свариваемым металлом или физически растворяющиеся в нем. При дуговой сварке стали в качестве защитной среды применяют углекислый газ. Ввиду химической активности его по отношению к вольфраму сварку в этом газе ведут только плавящимся электродом. Применение углекислого газа обеспечивает надежную защиту зоны сварки от соприкосновения с воздухом и предупреждает азотирование металла шва. Углекислый газ оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие. Из легирующих элементов ванны наиболее сильно окисляются алюминий, титан и цирконий, менее интенсивно — кремний, марганец, хром, ванадий и др.

Препятствием для применения углекислого газа в качестве защитной среды прежде являлись поры в швах. Поры вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения СО вследствие недостаточной его раскисленности. Применение сварочных проволок с повышенным содержанием кремния устранило этот недостаток, что позволило широко использовать углекислый газ в сварочном производстве.

Находит промышленное применение при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Общие технические требования к защитным газам

Защитные газы (активные, инертные газы и их смеси) для механизированной и автоматической сварки должны соответствовать требованиям ГОСТ 10157 (аргон газообразный высший сорт), ГОСТ 8050 (двуокись углерода газообразная и жидкая высший сорт), ТУ и сертификатов качества.

Технические требования к защитным газам приведены ниже в таблице.

99,6 % -48 °С

± 1,5%
± 2,5 %
± 5,0 %

Наименование показателя	Требование
а) Аргон газообразный должен иметь: — объемную долю аргона не менее — объемную долю азота не более — объемную долю кислорода не более — массовую концентрацию водяных паров при 20 °С и давлении 760 мм. рт. ст. не более	99,9930 % 0,0050 % 0,0007 % 0,01 г/см3
б) Двуокись углерода газообразная и жидкая должна иметь: — объемную долю двуокиси углерода не менее — точку росы не выше
в) Смесь газообразная аргона и двуокиси углерода должна иметь: — массовую долю влаги не более — объемную долю азота не более — предельные отклонения объемной доли двуокиси углерода в зависимости от состава смеси: — 15% СО2-85% Аr — 25% СО2-75% Аr — 50% СО2-50% Аr

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Какой газ используют при сварке?

О возможности полуавтоматической сварки материалов в среде углекислого газа заговорили в середине ХХ столетия. Разработали данную методику Новожилов Н.М. и Любавский К.В. – советские исследователи. Данный способ сварки из-за дешевизны углекислого газа, благодаря высокой степени производительности стал достаточно востребованным в строительной, производственной индустрии, и, конечно же, в быту.

Суть технологии газосварки

Согласно данной методике углекислый газ, обеспечивающий защиту на соединяемом участке, под влиянием высокой температуры дуги делится на О₂, угарный газ. В результате поток образовавшейся газовой смеси защищает зону сваривания материала от негативного воздействия воздуха внешней среды, взаимодействует с углеродом, железом.

Для предотвращения окисления СО₂ в прут для сварки газом вводится марганец, кремний, которые являются химически активнее больше железа, они окисляются первыми. Поэтому пока Mn, Si будут присутствовать на участке соединения металлических изделий, углерод, железо окисляться не будут.

Для получения высококачественных сварных швов при сваривании углеродистых сталей, пропорция марганец/кремний берется 1/2. Образующиеся оксиды марганца, кремния при выполнении работ не растворяются в сварной ванне, они формируют легкоплавкое соединение после реакции между собой. Данное соединение легко выводится из металла, находящегося в жидком состоянии.

Особенности сварочных работ в углекислотной среде

Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа выполняется постоянным током, обладающим обратной полярностью, так как ток прямой полярности негативно влияет на стабильность дуги (сварной шов будет иметь дефекты).

Также сварку можно производить на переменном токе, но тогда в цепи обязательно нужно использовать осциллятор.

Используемые газы для газосварки

Типов сварки существует несколько вариантов. Они отличаются между собой технологией образования сварочной ванны, имеющей высокую температуру, предназначение которой – соединение, резка металлов, их сплавов. Это может выполняться газовым пламенем, ультразвуком или электрической дугой. Принцип соединения металлов основан на расплавлении краев отдельных металлических конструкций для дальнейшего их соединения вместе, в результате которого получается сварочный шов.

Зависимо от газа, используемого для сварочных работ, показатель температуры будет отличаться. К примеру, при взаимодействии с карбидом кальция Н₂О, осуществляется выделение ацетилена. В процессе реакции данного элемента с кислородом температура пламени может достигать больше 3000ºС.

Сварочные газы – это все бутаны, пропаны, бензолы, МАФ, керосины и т. д. При использовании для сварки любых газов обязательно наличие кислорода – это катализатор горения. О₂ должен быть чистый и высококачественный. От этого будет зависеть максимальный температурный показатель.

Газовый состав

В газовом составе обязательно присутствие чистого кислорода, который предоставляет возможность получать максимальную температуру горения, важные показатели пламени. От качества этого компонента будет зависеть полнота сгорания горючих компонентов, а от его количества – окислительные, восстановительные характеристики, получаемые пламенем.

К условиям хранения газов предъявляются особые требования. Применение специальных емкостей (баллонов) обязательно, так как:

• большинство сварочных газов являются токсичными;
• технический кислород – это мощнейший катализатор.

Если использовать атмосферный кислород, сварные швы не получатся ровными. При этом после расплавления и последующего соединения металл потеряет свои первоначальные качества. Применение стандартного кислорода, который содержится в атмосфере недостаточно эффективно. В нем присутствуют разнообразные примеси, которые существенно снижают скорость сгорания компонентов, а это соответственно сказывается на температуре пламени горелки.

Газы для сварки

Механизированная сварка в среде защитных газов предполагает использование активных, инертных газов. Они в металлах не растворяются, не являются ядовитыми.

• N2 – азот, бесцветный газ, не имеющий запаха. Используется для соединения медных материалов. Выделяется четыре типа азота с различным содержанием вещества.
• He – гелий, газ бесцветный, не имеющий запаха, легче воздуха. Выделяется два типа гелия: технический, высокочастотный. Из-за высокой себестоимости данный газ менее востребован на рынке. Гелий предназначен для соединения образцов из алюминия, чистых металлов, стали.
• Ar – аргон, газ бесцветный, не имеющий запаха, весит в 1,5 раза больше воздуха, не горит. Выделяют два типа данного газа: 1-го сорта (для образцов из алюминия, стали), высшего сорта (для полуавтоматической сварки в среде защитных газов образцов из редких металлических сплавов).

Активные газы выполняют защиту от воздуха участка сваривания. Они вступают в реакцию, растворяются в металлах.

• Углекислый газ (СО₂), отличается повышенными окислительными характеристиками, обладает специфическим запахом. Его масса в 1,5 раза больше воздуха, он растворяется в Н₂О. Выделяю три типа данного газа, которые применяются для сваривания чугунных материалов, низко, среднеуглеродистых металлических сплавов, коррозийных, низколегированных стальных образцов. Важно запомнить! Сварка в защитных газах не предусматривает применения двуокиси углерода.
• Кислород О₂ – довольно мощный катализатор, бесцветный, без вкуса, запаха, не горит, но поддерживает горение. Используется в составе с инертными компонентами.

Наиболее популярные газовые смеси, которые повышают качество шва, улучшают сам процесс соединения:

• углекислый газ «плюс» кислород
• аргон «плюс» гелий
• углекислый газ «плюс» аргон
• углекислый газ «плюс» кислород «плюс» аргон
• кислород «плюс» аргон

Достоинства, недостатки газосварки

Сварка в защитных газах характеризуется плавлением материала. Сам процесс основывается на соединении отдельных элементов предварительно нагреваемого металла до расплавления. Для этого берется высокотемпературное пламя горелки, которое формируется в процессе сжигания газового состава с кислородом. Зазор между образцами заполняется предварительно расплавленной металлической проволоки.

• довольно простая технология сварки;
• нет необходимости в приобретении дорогостоящего, технически сложного оборудования;
• нет необходимости в специальном источнике питания;
• сварщик имеет возможность регулировки скорости нагревания, охлаждения соединяемого сваркой материала, меняя мощность, положение пламени горелки относительно свариваемой точки.

• металл нагревают с меньшей скоростью;
• участок теплового воздействия на материал достаточно большой в сопоставлении с дуговой сваркой;
• скопление тепла, когда используется сварка в углекислом газе, меньше, коробление соединяемых образцов больше, если сравнивать с дуговой сваркой.

Несмотря на некоторые недостатки, сварка в защитных газах позволяет опытному сварщику при правильно подобранной мощности пламени горелки, концентрации газовой смеси производить соединения свариваемых конструкций высокого качества.

При относительно медленном нагреве металлического образца, незначительной концентрации тепла в процессе нагревания производительность газосварки значительно уменьшается с увеличением толщины металлических изделий, которые соединяются.

Сварка в защитных газах стальных изделий, толщина которых превышает 0,6 см, менее эффективна, если сравнивать с дуговой сваркой. В подобных случаях используется достаточно редко.

Цена на газ вместе с кислородом больше, если сравнивать с ценой на используемую электроэнергию при использовании контактной, дуговой сварки.

Автоматическим и механическим процессам газосварка поддается труднее, чем электрическая. Поэтому автоматизированная газосварка с многопламенными горелками используется только при соединении тонких металлических труб, обечаек.

Область применения

• Соединение труб диаметром, не более 10 см, их фасонных компонентов.
• Изготовление, ремонт изделий, выполненных из тонколистовой стали: соединение отдельных листов резервуаров небольшой вместимости, заваривание небольших трещин в металлических изделиях.
• Низкотемпературная сварка чугуна.
• Соединение высокопрочного чугуна. В данном случае дополнительно используются присадочная бронзовая или латунная проволока.
• Ремонт литых бронзовых, чугунных изделий.
• Наплавление латуни на чугунные, стальные изделия.
• Соединение алюминиевых, латунных, свинцовых, медных изделий.

Сварка в защитной газовой среде предоставляет возможность выполнять сварное соединение практически любых металлов, которые используются на технических средствах. Например, свинец, медь, чугун лучше поддаются газосварке, чем электродуговой. А благодаря простоте конструкции газосварочное оборудование является достаточно востребованным в сельском хозяйстве, на машиностроительных предприятиях, при выполнении ремонтно-строительных работ, иных сферах деятельности.

Заключение

Подбирая газ для сварки для индивидуальной ситуации, рекомендуется учитывать следующие критерии:

• технические характеристики оборудования;
• химический состав;
• характеристики свариваемых образцов;
• необходимую форму шва;
• в каких условиях предполагается проводить сварочные работы.

Газосварка будет стоить на порядок выше дуговой, контактной электросварки, так как газ с кислородом значительно дороже электроэнергии.

Выбор защитного газа для сварки

Работники авторемонтных мастерских, монтажники и другие специалисты по сварочным работам в ходе сварки нередко применяют природный газ и разнообразные газовые смеси. О том, какие бывают газы, об их особенностях и свойствах вы узнаете из нашей статьи. Мы приведем также рекомендации по выбору и использованию того или иного защитного газа при разных методах сварки и в зависимости от свариваемого материала.

Содержание

Для чего нужны защитные газы при сварке и резке

Защитный газ является немаловажным компонентом, обеспечивающим производительность и достойное качество сварочного процесса. Наименование защитного газа говорит само за себя, он нужен для защиты твердеющего расплавленного сварочного шва от окисления, а также от имеющейся в воздухе влаги и примесей, способных снизить устойчивость шва к коррозийным процессам, привести к возникновению пор и ослабить прочность шва, повлияв на геометрию сварного соединения. К тому же защитный газ охлаждает сварочный пистолет.

Какие типы газов для сварки и резки используются: их свойства и особенности применения

В качестве защитных газов, применяемых для сварки, используются инертные и активные газы, а также их смеси.

1. Инертные газы для сварки. Инертными именуются газы, которые не способны к химическим реакциям и практически не растворяются в металлах. Атомы таких газов наделены наружными электронными оболочками, заполненными электронами, чем и объясняется их химическая инертность. К ним относятся аргон, гелий и их смеси.

Аргон (Ar) — инертный газ, не вступающий в химические реакции с расплавленным металлом и иными газами в зоне горения дуги. К достоинствам этого инертного газа относится то, что он на 38% тяжелее воздуха, аргон вытесняет его из зоны сварки и надежно изолирует сварочную ванну от контакта с атмосферой. Чаще всего Ar применяется в качестве защитного газа в процессе аргонодуговой TIG сварки, MIG/MAG сварки. Примеры свариваемых металлов при помощи аргона и особенности применения приведены ниже в таблице 1.

Аргон как защитный газ востребован:

• в строительстве и машиностроении (при сварке деталей из высоколегированной стали; оперативная резка металлов, включая и толстые листы тугоплавких металлов);
• в горнодобывающей промышленности и металлургии (выплавка металлов; удаление газовых включений из жидкой стали).

Гелий (He) как и Ar является химически инертным, но отличается от него тем, что гораздо легче воздуха, что делает защиту сварочной ванны более сложным процессом, требующим больших затрат защитного газа. Гелий применяется как инертный защитный газ в ходе сварки нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов, активных и химически чистых материалов. Он обеспечивает повышенное проплавление, в связи с чем, иногда используется с целью проплавления толстых металлических листов или получения шва специальной формы. Но из-за повышенного расхода и высокой стоимости гелия в сравнении с аргоном сфера его применения достаточно ограничена.

Гелий (He) как защитный газ используется:

• при сварке нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов, химически чистых и активных материалов.

1.1. Инертные газовые смеси включают обычно аргон и гелий. Имея большую плотность, чем гелий, такие смеси обеспечивают более надежную защиту металла сварочной ванны от воздуха.

Если необходимо сварить химически активные металлы часто применяют инертную смесь, содержащую 60—65 об. % He, 40-35 об. % Ar. Инертные газовые смеси заметно дороже чистого аргона, но обеспечивают более интенсивное выделение теплоты электрической дуги в месте сварки. Это является значимым при полуавтоматической сварке металлов, характеризующихся высокой теплопроводностью.

2. Активные газы для сварки. Это газы, обеспечивающие защиту сварки от доступа воздуха и при этом вступающие в химические реакции со свариваемым металлом или физически растворяющиеся в нем.

Углекислый газ (CO2) (двуокись углерода) является бесцветным не ядовитым газом, растворимым в воде, он тяжелее воздуха. Газ углекислый для сварки не должен иметь минеральных масел, глицерина, сероводорода, соляной, серной и азотной кислоты, спирта, эфиров, аммиака, органических кислот и воды. Из-за редкости сварочной углекислоты 1 сорта для сварки применяется сварочная углекислота 2 сорта и пищевая углекислота. Но, повышенное содержание водяных паров в такой углекислоте при сварке ведет к возникновению пор в швах и снижению пластических свойств сварного соединения.

В сварочном процессе может использоваться и твердая двуокись углерода, соответствующая ГОСТ 12162—66 двух марок — пищевая и техническая. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей применяется так же газовая смесь углекислого газа с кислородом (СО2 + + О2). Используют смесь, которая включает 30 об. % кислорода. Смесь СО2 + О2 оказывает более интенсивное окисляющее действие на жидкий металл, в отличие от чистого углекислого газа.

Углекислый газ в качестве защитного применяется:

• в строительстве и машиностроении (электросварка; процессы тонкой заточки, холодная посадка частей машин)

Кислород (O) включен в газовые смеси СО2 + О2 и Аr + О2. Это бесцветный газ, не имеющий запаха, поддерживающий горение. В случае охлаждения до температуры -183 гр. Цельсия кислород превращается в подвижную жидкость голубого цвета, а при температуре -219 гр. Цельсия замерзает. Кислород гарантирует очень широкий профиль сварного шва, характеризующийся неглубоким проплавлением, а также обеспечивает высокое тепловложение на металлической поверхности. Кислородо-аргонные смеси отличаются особым профилем проплавления сварочного шва, напоминающим «шляпку гвоздя».

Кислород как защитный газ бывает необходим:

• в строительстве и машиностроении (кислородно-ацетиленовая газорезка и газосварка металлов, наплавка и напыление металлов, плазменный раскрой металлов)

Водород (H) не имеет цвета, запаха и является горючим газом. Водород не подходит для мартенситных или ферритных сталей из-за образования трещин, он может использоваться в концентрации от 30 до 40% с целью плазменной резки нержавеющей стали — для повышения мощности и уменьшения шлака.

• Водород нашел применение при атомно-водородной сварке.

Азот (N) — газ без цвета и запаха, который не горит и не поддерживает горение. В соответствии с ГОСТом 9293—59, азот бывает четырех сортов: электровакуумный, газообразный газообразный 1-го сорта, газообразный 2-го сорта и жидкий. Включение азота в этих сортах должно быть соответственно не менее об.%: 99,5; 99,9; 99 и 96. Главной примесью в каждом из них является кислород.

Азот в качестве защитного газа чаще всего используется:

2.1. Смеси инертных и активных газов все чаще используются в процессе сварки плавящимся электродом сталей различных классов по причине их технологических преимуществ. К ним относятся:

• высокая стабильность дуги, благоприятный характер переноса электродного металла через дугу,
• меньшая, если сравнивать с активными газами степень химического воздействия на металлическую поверхность сварочной ванны.

Добавка к аргону незначительного количества кислорода либо иного окислительного газа существенно увеличивает устойчивость горения дуги, и улучшает качество образования сварных соединений. Кислород в атмосфере дуги обеспечивает мелкокапельный перенос электродного металла.

Выбор газа для определенного типа свариваемого металла

Какой газ используется при сварке того или иного металла, один из самых часто встречаемых вопросов новичков в сварке на тематических форумах. Примеры применения разнообразных защитных газов и газовых смесей для сварки различных металлов приведены в таблице.

Свариваемый металл	Защитный газ, используемый при сварке	Особенности процесса сварки
Углеродистая сталь	75% Ar+25% CO2	Большая скорость сварочного процесса без прожогов металла толщиной до 3 мм, минимум деформации и брызгообразования
	CO2	Глубокое проплавление, большая скорость сварки
Нержавеющая сталь	90% He+7,5% Ar+2,5% CO2	Отсутствие окисления свариваемого металла и прожога, небольшая околошовная зона,
Низколегированная сталь	60-70% He+25-35% Ar+4,5% CO2	Высокая ударная вязкость, минимальная реакционная способность,
	75% Ar+25% CO2	Достаточная прочность, небольшое набрызгивание по контуру сварного соединения, высокая устойчивость дуги.
Алюминий и его сплавы	Ar	Стабильная дуга и отличная передача электродного материала в ходе сварочного процесса деталей толщ. до 25 мм
	35% Ar+65 % He	Большее тепловложение, в сравнении со сваркой чистым аргоном, улучшенная характеристика слияния, используется при сварке металла толщ. 25- 76 мм
	25% Ar+75 % He	Максимум тепловложения, незначительная пористость, используется при сварке металла более 76 мм
Магниевые сплавы	Ar	Безупречное качество шва (чистота)
Нержавеющая сталь	Ar-1% O	Улучшенная стабильность дуги, хорошее слияние контура валика сварного шва, более жидкая управляемая сварочная ванна, минимальные прожоги при сварке тяжелых нержавеющих сталей
	Ar+2% O	Устойчивая дуга, слияние и скорость сварки, чем при содержании 1 % кислорода, используется для сваривания тонких нержавеющих сталей
Углеродистая сталь	Ar+1-5% O	Улучшенная стабильность дуги, отличное слияние контура валика сварного шва, более жидкая управляемая сварочная ванна, минимум прожогов, скорость сварки больше в сравнении со сваркой чистым аргоном
	Ar +3-10%	Красивый сварной шов, сварка только с позиционированием электрода, минимальное брызгообразование
Низколегированные стали	Ar+2% O	Незначительный риск прожога, прочность сварного шва
Титан	Ar	Хорошая стабильность дуги
Медь, никель и их сплавы	Ar	Отличается хорошим слиянием, уменьшенной текучестью металла, используется для сварки металла толщ. до 3 мм
	Ar+80-75% He	Характеризуется повышенным тепловложением
Медь, стали duplex
	N	Востребован для защиты корня шва. Уменьшает образование оксидных пленок в корне шва

Грамотно определив тип защитного газа, вы обеспечите оперативность и качество сварки, а также гарантируете отличное сварное соединение и глубину проплавления, повысите надежность созданного шва и качество детали. Выбор подходящего защитного газа и его качество значительно влияют на расход сварочных материалов, труд исполнителя сварки и на исправление дефектов и итоговую обработку сварочного соединения.

Если у Вас имеются какие-либо вопросы по теме, рекомендуем найти самую актуальную информацию на нашем сайте, или напрямую обратиться к консультантам компании Тиберис.

Защитные газы

Чтобы получить качественный сварной шов при дуговой сварке, необходимо обеспечить защиту расплавленного металла сварочной ванны. Именно с такой целью используются защитные газы. Эта идея была высказана Н. Н. Бенардосом еще в 1883 г. и состояла в том, чтобы направить из сопла горелки на зону сварки струю газа, которая, как будто в оболочку, заключит зону сварки и предохранит ее от постороннего воздействия. Защита осуществляется тремя группами газов:

– смесями активных газов с инертными или инертных с инертными.

Инертными называются газы, которые не вступают в химические реакции взаимодействия с металлом и неспособны растворяться в нем. К этой группе относятся аргон, гелий и их смеси, а для меди используется азот. В среде инертных газов сваривают активные металлы, например титан, алюминий и др. Применяют их и в тех случаях, когда хотят добиться высококачественного шва при соединении изделий и конструкций из хромоникелевых сталей.

Аргон представляет собой газ со следующими физическими характеристиками:

– без запаха и вкуса;

Поскольку аргон примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, если производить сварочные работы в закрытом и непроветриваемом помещении, тогда возникает опасность удушья. В природе он встречается исключительно в свободном виде, его объемная концентрация в воздухе составляет приблизительно 0,93 %.

В промышленности в соответствии с ГОСТом 1015779 производится аргон трех сортов:

– высшего (доля аргона – 99,993 %);

Аргон транспортируется в жидком (плотность – 1392 кг/м3) или газообразном (плотность – 1,662 кг/м3) состоянии в специальных стальных баллонах объемом 40 л под давлением 15 МПа. Емкости окрашены в серый цвет с зеленой полосой. На них зеленой краской нанесена надпись «Аргон чистый».

Расход газа при сварке определяется диаметром электрода и, как правило, составляет 100–500 л/ч.

Гелий в качестве защитного газа применяется редко, поскольку, будучи дефицитным, имеет высокую стоимость. Поэтому чаще всего его вводят в виде добавки к аргону или используют для сварки:

– химически чистых и активных материалов и сплавов;

– сплавов на основе магния и алюминия;

– при необходимости обеспечить значительную глубину проплавления (это возможно за счет высокого значения потенциала ионизации газа) или особую форма сварного шва.

Физические свойства гелия:

– плотность – 0,18 кг/м3.

Гелий в 10 раз легче аргона, а объемное содержание этого газа в воздухе составляет 0,00052 %.

Промышленность поставляет гелий согласно ТУ 51-68975 трех марок – А, Б и В. Его транспортировка осуществляется в соответствии с ГОСТом 20461-75. При этом газ находится в стальных баллонах под давлением 15 МПа, которые окрашены в коричневый цвет, а на них нанесена белая надпись «Гелий».

Расход гелия в процессе сварки – 200–900 л/ч, потому что легкий гелий быстро улетучивается, а для создания надежной защиты сварочной ванны приходится увеличивать его подачу.

Азот не является инертным газом (в природе это самый распространенный газ, в частности его содержание в воздухе составляет 78,09 %), но он так ведет себя по отношению к меди и ее сплавам (относительно других металлов и стали азот рассматривается как активный и часто вредный газ, поступление которого в сварочную ванну необходимо ограничивать). Поэтому его используют для сварки, наплавки и плазменной резки таких материалов.

Физические свойства азота:

– без запаха и вкуса;

– плотность – 1,2506 кг/м3.

По ГОСТу 9293-74 агрегатное состояние азота при транспортировке – газ. Его перевозят в стальных емкостях объемом 40 л под давлением 15 МПа. Он поставляется четырех сортов, различающихся процентным содержанием азота:

Стальные емкости объемом 40 л содержат азот под давлением 15 МПа.

Из активных газов, т. е. взаимодействующих с металлом сварочной ванны и растворяющихся в нем, следует назвать углекислый газ, который применятся для защиты сварки в чистом виде или в смеси с аргоном. Помимо жидкого и газообразного состояния, углекислый газ бывает и твердым (сухой лед).

Физические свойства двуокиси углерода:

– с кисловатым запахом и вкусом;

– плотность – 1,98 кг/м3;

– температура сжижения – 78,5 °C.

Углекислый газ в 1,6 раза тяжелее воздуха, в котором на его долю приходится 0,03 %.

По ГОСТу 8050-85 двуокись углерода содержит водяные пары, количество которых зависит от сорта газа:

– в высшем – 0,037 г/см3;

– в I сорте – 0,184 г/см3.

Углекислый газ транспортируется и поставляется в сжиженном состоянии в емкостях объемом 40 л при максимальном давлении 20 МПа. Баллон покрыт черной краской и снабжен надписью желтого цвета «CO2 сварочный».

Углекислота производится двух сортов: высшего, чистота которого составляет 99,8 %, и I сорта чистотой 99,5 %.

Поступающий в зону сварки углекислый газ не относится к нейтральным и под воздействием высоких температур распадается на оксид углерода и кислород. Одновременно с этим происходит окисление расплавленного металла, который после кристаллизации дает достаточно пористый шов с низкими механическими характеристиками. Чтобы снизить окислительные свойства свободного кислорода и добиться качественного шва, используют электродную проволоку с повышенным содержанием кремния и марганца, которые действуют как раскислители.

Для удаления водяных паров, которые присутствуют в баллоне с газом, емкость следует поставить вентилем вниз и через 10–15 минут осторожно его открыть. А перед сваркой из установленного как положено баллона надо выпустить воздух.

На производстве часто применяют смеси газов, что значительно повышает качество сварного шва, и нередко технологические свойства смеси превосходят показатели чистых газов. Например, используются следующие смеси:

1. Углекислый газ с 2–5 % кислорода. Эта смесь, во-первых, способствует мелкокапельному переносу металла; во-вторых, примерно на 30 % снижает разбрызгивание и потери металла; в-третьих, обеспечивает формирование качественного сварного шва.

2. 70 % гелия и 30 % аргона. Данная смесь, во-первых, значительно повышает производительность при сварке алюминия; во-вторых, увеличивает необходимую в определенных случаях глубину проплавления; в-третьих, дает сварной шов хорошего качества;

3. 88 % аргона и 12 % углекислого газа. Эта смесь, во-первых, при сварке стали делает горение сварочной дуги стабильным; во-вторых, снижает разбрызгивание расплавленного металла; в-третьих, позволяет получить качественный шов, поскольку значительно уменьшает поверхностное натяжение расплавленной электродной проволоки.

Резюмируя сказанное, следует подчеркнуть достоинства сварки в среде защитных газов:

– наличие визуального контроля сварочного процесса;

– широкий выбор рабочих режимов;

– расширение номенклатуры свариваемых металлов;

– возможность механизировать процесс;

– создание лучших условий труда для сварщиков.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.