Аргонодуговая сварка, сварка в среде гелия

• Применение инертных газов
• Аргон
• Гелий
  • Особенности аргонодуговой сварки и сварке в среде гелия
• Аргонодуговая сварка углеродистых и легированных сталей
• Аргонодуговая сварка меди
• Аргонодуговая сварка алюминия
• Аргонодуговая сварка титана

Применение инертных газов

Инертные газы аргон и гелий применяются для сварки химически активных металлов, при изготовлении конструкций из жаропрочных и коррозионных сталей, цветных металлов - алюминия, меди, титана и их сплавов, а также в случаях, когда необходимо получить сварные швы, однородные по составу с основным и присадочным металлом.

↑ наверх

Аргон

Аргон газообразный выпускается по ГОСТ 10157-79 трех сортов в зависимости от содержания примесей (азот, кислород, влага): высшего - с содержанием аргона не менее 99,99%, первого - 99,98 %, второго - 99,95 %. Аргон высшего сорта рекомендуется для сварки активных металлов (титан, цирконий, молибден, ниобий) и их сплавов. Аргон первого сорта - для сварки сплавов на основе алюминия и магния. Аргон второго сорта - для сварки нержавеющих, углеродистых и легированных сталей.

Газообразный аргон транспортируется и хранится в стальных баллонах при давлении 14,7 МГТа. Баллоны окрашены в серый цвет с надписью зелеными буквами «Аргон чистый». Он тяжелее воздуха и может накапливаться в плохо проветриваемых помещениях у пола, снижая при этом содержание кислорода в воздухе, что может вызвать кислородную недостаточность. подробнее >>

↑ наверх

Гелий

Гелий выпускается по ТУ 51-689-75 двух видов: гелий высокой чистоты с содержанием его не менее 99,985 % и технический с содержанием не менее 99,8 %. Гелий - бесцветный газ, без запаха неядовит, хорошо диффундирует через твердые тела, значительно легче воздуха и аргона. Стоимость гелия примерно в шесть раз выше стоимости аргона, поэтому он применяется в основном при сварке химически чистых и активных материалов и сплавов. Газообразный гелий транспортируется и хранится в стальных баллонах при давлении 14,7 МПа, Баллоны окрашены в коричневый цвет с надписью белыми буквами «Гелий».

Для определения расхода газа применяются ротаметры типа РМ по ГОСТ 13045-8 Г Ротаметры имеют паспорт с приведенными в нем таблицей и градуировочным графиком расхода воздуха в литрах в час либо в кубических метрах в час. Для перевода показаний применительно к аргону или гелию необходимо значение, приведенное на графике для воздуха, умножить на коэффициент 0,85 для аргона и на 2,69 для гелия.

↑ наверх

Особенности аргонодуговой сварки и сварке в среде гелия

Аргон и гелий не растворяются в металле сварочной ванны и не образуют химических соединений с элементами, входящими в его состав. Для защиты зоны сварки применяется преимущественно аргон и реже гелий. Аргон обеспечивает высокоэффективную защиту расплавленного металла и хорошее формирование шва. Характеристики дуги в аргоне и гелии различны. При одинаковых токах напряжение дуги в гелии выше, чем в аргоне, и дуга имеет большую проплавляющую способность и обеспечивает более равномерное проплавление. В аргоне проплавление неравномерное: более глубокое в центре и меньшее по краям ванны.

Для соединения цветных металлов и специальных сплавов наиболее эффективна аргоногелиевая сварка. Соотношение между аргоном и гелием в смеси может быть различным. Так, при сварке в смеси 65 % аргона и 35 % гелия обеспечивается глубокое проплавление основного металла, хорошее формирование шва и снижение разбрызгивания.

При аргонодуговой сварке и сварке в среде гелия химический состав металла шва лишь незначительно изменяется вследствие испарения некоторых элементов. Однако в металле шва часто наблюдаются поры, вызываемые загрязнением.. Во избежание этого необходимо следить за чистотой электродной проволоки и места сварки основного металла. Свариваемые кромки и прилегающие к ним участки поверхности шириной 20-25 мм должны быть тщательно очищены от загрязнений.

Аргонодуговая сварка, так же как и сварка в углекислом газе и смесях активных газов, может производиться во всех пространственных положениях. При сварке в вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях используется электродная проволока диаметром 1,2 мм, при автоматической и полуавтоматической сварке в нижнем положении - проволока диаметром 1,2- 3.0 мм.

↑ наверх

Аргонодуговая сварка углеродистых и легированных сталей

Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в аргоне применяется редко, так как эти стали хорошо свариваются под флюсом и в углекислом газе, и лишь в исключительных случаях, когда требуется получение швов высокого качества, используется инертный газ.

При применении чистого аргона для сварки конструкционных сталей соединения характеризуются недостаточной стабильностью и неудовлетворительным формированием шва. Добавка к аргону небольшого количества кислорода или углекислого газа существенно повышает устойчивость горения дуги и улучшает формирование шва. Растворяясь в жидком металле и скапливаясь преимущественно на поверхности, кислород значительно снижает его поверхностное натяжение. Поэтому для сварки сталей применяют не чистый аргон, а смеси с кислородом или углекислым газом.

Высокие технологические свойства при сварке сталей обеспечиваются при добавке к аргону до 1-5 % кислорода. При применении кислорода понижается критический ток, при котором капельный перенос переходит в струйный; дуга горит стабильно, обеспечивая сварку небольших толщин. Кислород способствует увеличению плотности металла шва, улучшению сплавления, уменьшению подрезов и увеличению производительности процесса сварки. Кислород снижает содержание углерода в металле шва до более низкого уровня. Избыток кислорода в защитном газе приводит к образованию пор в металле шва.

Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей может также применяться аргон с добавкой 10- 20 % углекислого газа. Углекислый газ способствует устранению пористости в швах и улучшению формирования шва.

Высоколегированные стали успешно свариваются в инертных газах и их смесях. При этом обеспечивается высокая стабильность дуги и минимальный угар легирующих элементов. Химический состав металла шва регулируется за счет применения проволоки нужного состава. При сварке легированных сталей обычно применяется электродная проволока такого же химического состава, как и основной металл. Выбор состава смеси зависит от состава стали и степени ее легирования. Стали, которые содержат в своем составе элементы с высокой активностью к кислороду (алюминий титан цирконий и т. п.) свариваются в атмосфере инертных газов (аргон, гелий). Режимы для сварки высоколегированных сталей различных толщин выбираются опытным путем. Ориентировочные режимы автоматической и полуавтоматической сварки стыковых соединений толщиной 4-10 мм на постоянном токе обратной полярности приведены в таблице 1.

Таблица 1

↑ наверх

Аргонодуговая сварка меди

Сварка меди затруднена вследствие интенсивного окисления ее в нагретом и расплавленном состоянии, большой жидкотекучести и высокой теплопроводности.

Медь хорошо сваривается аргонодуговой сваркой, в среде гелии и азоте, а также в смеси аргона с гелием или азотом. Азот по отношению к меди является нейтральным газом. С целью экономии аргона и повышения производительности целесообразно использовать смесь аргона с азотом (70-80 % аргона и 30-20 % азота). Азот способствует увеличению глубины проплавления меди. Наилучшее формирование швов получается при сварке в аргоне и гелии.

Из-за высокой теплопроводности меди для получения надежного провара в начале сварки и хорошего сплавления по кромкам детали подогреваются до 200-500 °С. При сварке в аргоне подогрев необходим при толщине меди более 4 мм, а в азоте - более 8 мм.

Сварка меди выполняется на постоянном токе обратной полярности. При применении импульсно-дуговой сварки в аргоне возможна сварка меди во всех пространственных положениях, а также сварка тонкого металла.

Таблица 2

Для сварки меди могут быть использованы серийно выпускаемые автоматы и полуавтоматы, предназначенные для сварки сталей в защитных газах.

Некоторые режимы сварки стыковых соединений меди в нижнем положении приведены в табл. 2

↑ наверх

Аргонодуговая сварка алюминия

Сварка алюминия возможна в аргоне либо в смеси аргона и до 70 % гелия на постоянном токе обратной полярности. Для сварки обычно используется стандартное оборудование.

Таблица 3

Трудность сварки алюминия и его сплавов заключается в наличии на их поверхности тугоплавкой окисной пленки, которая препятствует сплавлению металла сварочной ванны с основным металлом и, оставаясь в шве, образует неметаллические включения. Окисная пленка в процессе сварки удаляется в результате действия тока при горении дуги. При сварке на токе обратной полярности ток «очищает» поверхность металла от окисной пленки на протяжении всего процесса горения дуги. Однако действием тока может быть разрушена лишь сравнительно тонкая пленка окиси. Толстую пленку окиси алюминия необходимо перед сваркой удалить механическим или химическим путем.

В инертных газах алюминий и его сплавы свариваются электродной проволокой, по составу близкой к основному металлу. Ориентировочные режимы сварки в аргоне алюминиевого сплава АМг толщиной 10-50 мм приведены в табл. 3. Расход аргона 15-20 л/мин.

картинка с сайта www.esabna.com
Влияние скорости сварки на форму шва при аргонодуговой сварке аллюминия:
слева - 0,425 м/мин.; по центру - 0,3 м/мин.; справа - 0,175 м/мин.

При использовании газовой смеси из 30 % аргона и 70 % гелия обеспечивается более глубокое проплавление и возможна сварка за один проход алюминия толщиной до 16 мм, а за два прохода - толщиной до 30 мм. Расход аргона 15-20 л/мин, гелия 30-40 л/мин.

Для соединения алюминия большое применение нашел способ импульсно-дуговой сварки. Наложение импульса на основной сварочный ток сокращает промежуток времени пребывания капли на торце электрода и позволяет осуществлять устойчивый процесс при относительно малом значении среднего тока. При этом способе облегчается сварка в различных пространственных положениях и несколько повышаются механические свойства соединения.

Таблица 4

Режимы полуавтоматической импульсно-дуговой сварки в аргоне алюминия толщиной 2-10 мм в нижнем положении приведены в табл. 4

↑ наверх

Аргонодуговая сварка титана

Титан обладает высокой прочностью при температуре до 500 °С, высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, малой плотностью он широко применяется в промышленности.

При сварке требуется защита от воздуха не только расплавленного металла, но и участков твердого металла, нагретого до температуры выше 400 ˚С. Обычно это достигается применением специальных приставок длиной до 500 мм и подачей газа с обратной стороны шва через специальные подкладки. Защита считается надежной, если после сварки поверхность металла имеет блестящий вид.

Для сварки применяется электродная проволока, близкая по составу к основному металлу. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности. Перед сваркой кромки и прилегающие к ним поверхности, а также электродную проволоку тщательно очищают механическим путем или травлением. При сварке используется аргон только высшего сорта или гелий высокой чистоты. При сварке в аргоне швы получаются более узкими чем в гелии. При сварке в гелии швы - более широкие, с плавным переходом к основному металлу.

При модернизации серийного оборудования, предназначенного для сварки сталей, следует учесть необходимость повышения скорости подачи электродной проволоки примерно до 2500-3000 м/ч.

Таблица 5

Режимы сварки в аргоне и гелии стыковых соединений титана в нижнем положении приведены в табл. 5

↑ наверх