Сварочные материалы и
оборудование для дуговой сварки
Защитные газы при
сварке
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:
инертными;
активными;
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:
бесцветный;
без запаха и вкуса;
неядовитый;
невзрывоопасный.
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 %);
– первого (99,987 %);
– второго (99,95 %).
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:
бесцветный;
без запаха;
неядовитый
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:
бесцветный;
без запаха и вкуса;
неядовитый;
невзрывоопасный;
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:
– высший (99,9 %);
– I сорт (99,5 %);
II сорт (99 %);
III сорт (97 %).
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:
бесцветная;
неядовитая;
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:
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.
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;
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.