Помните, что защитные газы используются только для защиты металла от повреждений и не являются безопасными для сварщика. При сварке в среде защитного газа необходимо соблюдать некоторые основные правила:
Введение в дуговую сварку в защитных газах (TIG, MIG/MAG)
При сварке в газовой защите в качестве источника тепла используется мощная электрическая дуга. Дуга преобразует электрическую энергию в тепло, достаточно плотное для локального расплавления основного металла. При атмосферных условиях (21%O2+78%N2) зона сварки должна быть надежно защищена от насыщения металла шва атмосферным кислородом и азотом, которые могут ухудшить его свойства. Защитные газы, подаваемые через сопло, вытесняют воздух и тем самым защищают сварочную ванну и электрод. Наплавочный металл или электродная проволока вводятся в зону сплавления для заполнения зазора между кромками заготовки или для корректировки состава металла шва. В зависимости от физического состояния электрода различают неплавящиеся (см. сварка TIG) и плавящиеся (см. сварка MIG/MAG) электроды.
В качестве защитных газов для сварки плавлением TIG и MIG/MAG используются инертные газы, активные газы и их смеси. Защитный газ выбирается с учетом процесса сварки, свойств металла шва и требований к сварным швам.
Защитные газы — это газы, которые не способны вступать в химические реакции и практически не растворяются в металлах. Поэтому они рекомендуются для сварки химически активных металлов и их сплавов (алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов, легированных сталей различных марок). Инертные газы, такие как аргон (Ar), гелий (He) и их смеси, используются для сварки TIG и MIG/MAG.
Активные защитные газы — это газы, способные защитить зону сварки от проникновения воздуха и в то же время химически реагирующие с металлом шва или физически растворимые в нем. Углекислый газ (CO2): Из-за химической реактивности углекислого газа по отношению к вольфраму этот защитный газ используется только для MIG/MAG сварки.
К активным газам для MIG/MAG сварки также относятся смеси аргона (Ar), кислорода (O2), азота (N2), водорода (H2Предварительно подготовленные газовые смеси поставляются в баллонах, а также могут быть приготовлены путем смешивания газов в смеси.
Классификация процессов сварки в защитных газах показана на рисунке ниже.
Свойства защитных газов
В таблице ниже приведены физические свойства защитных газов.
Краткая характеристика защитных газов
Аргон — наиболее часто используемый защитный газ. Он тяжелее воздуха и не образует взрывоопасных смесей с воздухом. Его низкий потенциал ионизации обеспечивает высокую устойчивость к зажиганию дуги. В то же время, однако, низкий потенциал ионизации приводит к низкому напряжению дуги, что снижает тепло, выделяемое дугой. Поскольку аргон тяжелее воздуха, он обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны от газа (но только в нижнем положении сварки). Однако он может скапливаться у дна в плохо вентилируемых зонах. Это снижает содержание кислорода в воздухе, что может привести к кислородной недостаточности и риску удушья для сварщика. В зонах, где может скапливаться аргон, необходимо проверять содержание кислорода в воздухе с помощью автоматического или ручного оборудования с дистанционным отбором проб воздуха. Объемная доля кислорода в воздухе должна составлять не менее 19 %.
Согласно ГОСТ 10157-79, аргон выпускается двух качеств: высшего и первого. Высший сорт рекомендуется для сварки ответственных металлоконструкций из активных и редких металлов и сплавов, а также цветных металлов. Аргон первого качества используется для сварки сталей и чистого алюминия.
Гелий — это бесцветный, нетоксичный, невоспламеняющийся и невзрывоопасный газ. Он намного легче воздуха и аргона, что снижает эффективность защиты сварочной ванны при сварке в положении «вниз», но способствует лучшей защите при сварке в положении «на крыше». Гелий используется реже, чем аргон, из-за его нехватки и высокой стоимости. Однако, благодаря высокому потенциалу ионизации, дуга в гелии выделяет в 1,5-2 раза больше энергии, чем в аргоне при одинаковом значении тока. Это способствует более глубокому проникновению в металл и значительно увеличивает скорость сварки. Для сварки используется гелий трех классов: А, В и С (по ТУ 51-689-75). В основном он используется для сварки химически чистых и химически активных материалов и сплавов, а также сплавов на основе алюминия и магния.
Часто используются смеси аргона и гелия, оптимальным составом является смесь с 35-40% аргона и 60-65% гелия. Такая смесь позволяет в полной мере использовать преимущества обоих газов: Аргон обеспечивает стабильность дуги, гелий — высокую степень проникновения.
Азот используется при сварке меди, поскольку он химически нейтрален по отношению к меди, т.е. не образует с ней химических связей и не растворяется в ней.
Суть технологии сварки в защитных газах
Сварка в газовой среде (автоматическая и полуавтоматическая) — относительно недавнее явление, которое быстро развивалось в течение последних 25-30 лет. Многие ошибочно полагают, что этот процесс используется только для сварки тонколистовых конструкций из низкоуглеродистых сталей.
Однако на практике этот процесс сварки также используется для соединения металлических деталей толщиной до 25-30 мм. И самое ценное, что рабочий процесс может осуществляться в любом пространственном положении.
Сварка в газовой среде применяется для соединения сложных конструкций с высокими требованиями к прочности и долговечности: в промышленности для соединения деталей автомобилей, всех видов трубопроводов и т.д. Она применяется для сварки цветных и черных металлов и их сплавов. Чаще всего используется для сварки нержавеющей стали, титана, циркония, магния, алюминия и их сплавов. Для каждого металла и сплава используется определенная газовая смесь.
Преимущества и недостатки сварки в защитных газах
Благодаря широкому спектру материалов, которые могут быть использованы, этот процесс очень популярен во многих отраслях промышленности. Его основными преимуществами являются:
- удобство процесса, так как сварку можно выполнить из любого пространственного положения;
- отсутствие флюса и шлака;
- высококачественные швы на разных металлах;
- возможность наблюдения за сваркой деталей;
- простота механизации для увеличения производительности;
- умеренные цены.
Недостатками процесса являются:
- тепловая и световая радиация дуги;
- взрывоопасность газовой аппаратуры;
- необходимость остывания горелок;
- возможность наблюдения за сваркой деталей;
Преимущества и недостатки
Дуговая сварка в среде защитного газа гарантирует отличные сварочные свойства практически независимо от свариваемого металла. Сварщики могут не обращать внимания на толщину соединяемой конструкции. Напротив, ее можно учесть при выборе метода работы, но работа в принципе почти всегда выполнима.
Нетрудно проверить состояние сварочной дуги и ванны, образующейся в процессе.
По сравнению с обычной сваркой в атмосфере площадь, подвергающаяся тепловому воздействию, еще больше уменьшается.
Далее следует еще несколько моментов:
- при работе в несколько слоев не потребуется вычищать швы;
- отпадает потребность в удалении флюса и шлака;
- возможность не учитывать пространственное размещение деталей;
- необходимость оберегать себя от света и инфракрасной радиации, создаваемого дугой;
- оперативность;
- сравнительная дешевизна;
- упрощенная автоматизация процесса.
Какие газы применяются?
Инертные
Из всех химически стабильных газов широко используются только гелий и аргон. Другие варианты экономически нецелесообразны. Аргон не растворяется в расплавленном металле. Он используется для работы с различными видами стали и с чистым алюминием.
Гелий дороже аргона и легче воздуха, поэтому его стоимость выше. Однако гелий больше подходит для сварки очень реактивных металлов. Он также используется для соединения алюминиевых и магниевых сплавов. Кроме того, энергия дуги, излучаемая наружу, в гелиевой среде в два раза выше, чем в атмосфере аргона.
С точки зрения сварщика, азот также можно считать инертным газом. Вернее, он ценится за свою неспособность вступать в реакцию с медью.
Химические
Правильнее было бы назвать их химически активными газами. И азот всегда относится к этой категории (за исключением случаев сварки медных изделий). Сварка азотом не предъявляет особых требований к качеству используемого оборудования. Теоретически предполагается использование однофазного трансформатора.
На практике, однако, используется любой трансформатор, подходящий по другим свойствам.
Кислород в чистом виде не представляет интереса для сварщиков, поскольку он легко воспламеняется и даже взрывоопасен. Однако он является распространенным компонентом специальных смесей. Углекислый газ используется, когда требуется сварка:
- чугун;
- стали с малым и умеренным вхождением углерода;
- стойкую к коррозии сталь слабого легирования.
Водородная атмосфера образуется при сварке никеля и некоторых видов нержавеющей стали. Это решение особенно подходит для работы с толстыми деталями. В водородной атмосфере расход металла выше. Чистота поверхности также достигается легче. Однако водород может также сделать углеродистые стали более хрупкими, поэтому его не следует использовать, если тип нержавеющей стали неизвестен.
Оборудование
Сварка в газовой среде выполняется с помощью специального оборудования. Эти аппараты используют стандартные источники питания и имеют возможность регулировать напряжение.
Сварочные аппараты оснащены устройством подачи проволоки. Также имеются узлы для подачи газов в зону сплавления через баллонные трубки. Процесс сварки осуществляется при постоянной высокой частоте тока. От правильной настройки зависит стабильность дуги. Также регулируется скорость подачи проволоки. Наиболее распространенными аппаратами для этого вида сварки являются:
- «Импульс 3А». Применяется для сварки алюминия, но недостатком является малая функциональность прибора. Его также можно применять для сварки черных металлов, а также создания потолочных швов.
- «ПДГ-502». Применяется для проведения спайки в углекислом газе. Аппарат надежный и производительный. Работает от сети как 220 В, так и 380 В. Электричество может регулироваться от 100 А до 500 А.
- «УРС 62А». Применяется при сварке в полевых условиях. Преимущественно используется для сварки алюминия, но может и обработать титан.
Средства защиты
Газовая сварка особенно опасна, особенно при использовании взрывоопасных веществ. Поэтому при работе сварщик должен использовать средства индивидуальной защиты. Оно должно защищать кожу и глаза и предотвращать вдыхание сварщиком вредных паров.
Даже если сварочные работы проводятся лишь в течение короткого времени в собственном гараже, сварщик должен носить специальную маску, респиратор и термостойкую защитную обувь. Таким образом, работа выполняется безопасно, что сильно влияет на качество результата.
