Особенности сварочных смесей и их использования

Сварочная смесь О СВАРКЕ

Газообразная сварочная смесь, подаваемая в зону расплава металла, предотвращает насыщение материала примесями, снижающими прочность шва. Атмосфера защитных газов применяется при работе как с конструкционными или легированными сталями, так и при сварке заготовок из цветных металлов. Тип смеси зависит от технологического процесса и химического состава сплава, из которого изготовлены соединяемые детали.

Сварочная смесь
Сварочная смесь нужна для работы автоматом.

Область применения сварочной смеси

Сварочные смеси газов необходимы при выполнении работ полуавтоматом (за исключением случаев применения присадочной проволоки, предохраняющей ванну расплава от негативного воздействия воздуха).

Защитную среду используют при наплавке цветных или черных металлов или при сварке оцинкованного листа для предотвращения выгорания покрытия. Смесь применяют при изготовлении конструкций ответственного назначения (например трубопроводов или мостовых ферм), обеспечивая повышенную прочность и надежность неразъемного сварного соединения.

Использование чистых газов в сварке

При проведении сварочных работ применяют инертные газы, защищающие дугу и ванну без оказания воздействия на расплав:

  1. Выпускаемый промышленностью аргон может иметь высший или первый сорт. Материалы отличаются содержанием посторонних примесей. Высококачественный газ используют при сварке деталей, изготовленных из цветных металлов или их сплавов. Первый сорт с повышенным содержанием кислорода и азота предназначен для работ с изделиями из стали или технически чистого алюминия.
  2. При проведении сварочных работ используют экологически безопасный гелий, отличающийся небольшим удельным весом. Газ выпускают в 2 модификациях с разной степенью очистки. Характеризуется повышенной себестоимостью, ограничивающей применение, но подача гелия позволяет нарастить мощность дуги в 1,5-2 раза при сохранении исходных настроек. Газ обеспечивает увеличение скорости сварки и повышение глубины проплавления металла. Чистый гелий востребован при соединении деталей из алюминия либо магния.
  3. Для сварки медных сплавов применяют азот, не образующий соединений с медью. В соответствии с ГОСТ 9293-74 выпускается 4 сорта газа, отличающихся степенью очистки (содержат от 97 до 99,9 чистого азота).
Использование чистых газов
При проведении сварки применяют инертные газы.

Помимо инертных газов, применяют активные среды, обеспечивающие защиту расплава с одновременным растворением или формированием химических соединений. Например, кислород может использоваться только как добавка к смесям, а углекислый газ высшего сорта позволяет сваривать чугунные заготовки или конструкции из низколегированных либо углеродистых сталей.

Активные газы выпускаются в нескольких разновидностях в соответствии с ГОСТ и различаются объемным содержанием посторонних примесей.

Какие газы смешивают

Для создания смесей используют:

  • аргон (Ar);
  • гелий (He);
  • кислород (O2);
  • водород (H2);
  • углекислый газ (CO2).
Газы смешивают
Для создания смесей используют аргон, гелий, углекислый газ, водород.

Для полуавтоматической сварки MIG-MAG используются различные сочетания перечисленных выше газов. Наименее популярны смеси с добавкой кислорода. Он вызывает угар металла с образованием дыма. Но присадка кислорода позволяет сваривать заготовки без предварительной очистки кромок от ржавчины или следов масла.

Почему газовые смеси более эффективны

Смесь газов позволяет одновременно улучшать несколько параметров (повышать мощность дуги и улучшать механические характеристики металла в стыке). Например, для сварки сталей с пониженным содержанием углерода применяют смесь Ar с CO2. Подача газа позволяет устранить пористость металла в стыке и увеличить прочность на разрыв. Защитная среда уменьшает разбрызгивание металла из ванны, а введение увеличенной доли углекислоты улучшает свариваемость деталей с толстыми стенками (без предварительной очистки кромок от загрязнений).

Соединение нескольких газов позволяет снизить себестоимость смеси. Например, применять чистый гелий экономически нецелесообразно, но смесь He+Ar отличается пониженной ценой и улучшает качество сварки. Защитная среда позволяет соединять детали из высоколегированных сталей, редкоземельных или цветных металлов и их сплавов. Сочетание газов позволяет изменить физико-химические характеристики смеси.

Например, Ar улучшает стабильность дуги с одновременным снижением отдачи энергии, что компенсируется введением He.

Описание смесей и их свойств

Для проведения сварочных работ используют смеси 2 или 3 газов, которые получаются с помощью смесителя с регулировкой подачи или поставляются в готовом виде в баллоне. Применение защитной атмосферы позволяет перейти от капельного переноса металла в ванну расплава к струйному без риска разбрызгивания потока. В результате увеличивается скорость проведения работ без снижения качества стыка.

Распространенные виды смесей для применения в полуавтоматах MIG-MAG:

  • 98%Ar+2%CO2 — используют для сварки нержавеющих сталей, оцинкованных заготовок или соединения деталей из меди с железными элементами;
  • 92%Ar+8%CO2 — применяют при ускоренной сварке листов стали толщиной от 1 до 5 м;
  • 80%Ar+20%CO2 — необходима при наплавке конструкционных или сварке нержавеющих сталей с использованием проволоки из порошкового композита;
  • 75%Ar+25%CO2 — используют при сварке конструкций с увеличенным количеством вертикальных стыков;
  • 82%Ar+18% углекислоты — применяют при наплавке высокопрочных сталей.

Аргон с кислородом

В состав материала входят от 1 до 5% кислорода, который позволяет повысить текучесть расплава в ванне и обеспечивает подачу жидкого металла электрода или присадочной проволоки мелкими каплями. Смесь применяют при изготовлении конструкций из углеродистых или легированных сталей.

Аргон с кислородом
Аргон с кислородом позволяет повысить текучесть расплава.

Защитная атмосфера стабилизирует процесс сварки, снижает риск образования пор в металле и позволяет получать ровные стыки.

Кислород и CO2

Смесь ухудшает адгезию капель расплава, попавших на поверхности заготовок, и улучшает внешний вид сварного шва. Допускается соединение деталей с кромками, покрытыми ржавчиной. Защитный газ снижает риск образования пор в металле стыка. Введение кислорода позволяет увеличить температуру в зоне сварки и повысить производительность. Но следует учитывать окисление металла: попадающие в стык примеси ухудшают механические характеристики. При сварке в воздух выделяется дым от сгоревшего металла, негативно влияющий на дыхательные органы.

Водород и аргон

Смесь позволяет улучшить условия наплавки металла на поверхности, используется как защитная атмосфера при сварке нержавеющих сталей и сплавов на основе никеля. Концентрация водорода в среде не превышает 3%, что предотвращает воспламенение газа. В составе смеси допускается небольшое содержание азота и кислорода. Плотность материала при нормальных условиях составляет 1,615 кг/м³. Смесь не оказывает негативного влияния на окружающую среду, по химическим характеристикам близка к инертным газам.

Водород и аргон
Водород и аргон улучшают условия наплавки металла.

Аргон с гелием

Это универсальная смесь, рассчитанная на сварку конструкционных сталей или цветных металлов и их сплавов (например соединений на базе меди, отличающихся повышенной теплопроводностью). Газ повышает мощность дугового разряда при неизменной силе тока и напряжении, может использоваться при соединении элементов из хромо-никелевых сталей и алюминиевых сплавов.

Смесь позволяет стабилизировать горение дуги с одновременным улучшением условий сплавления металлических заготовок.

Маркировка газовых баллонов

Примеры маркировки резервуаров, предназначенных для хранения и доставки защитных газов:

  • для заправки кислородом используют емкость, покрытую краской синего цвета;
  • углекислый газ поставляется в черных резервуарах с дополнительной белой маркировкой;
  • химически чистый аргон закачивают в баллоны серого цвета, а для хранения гелия применяют коричневые емкости;
  • для хранения азота предназначены черные резервуары с текстовой маркировкой желтого цвета.
Маркировка
Маркировки резервуаров предназначены для хранения и доставки защитных газов.

Преимущества газозащиты при сварке

Сварочные газовые смеси обеспечивают:

  • повышение производительности труда за счет ускорения процесса сварки;
  • легкую автоматизацию процесса соединения заготовок;
  • пониженную себестоимость работ;
  • уменьшение объема вредных выделений в атмосферу за счет отсутствия в технологическом процессе флюса;
  • возможность ведения сварки в любых пространственных положениях;
  • улучшение механических характеристик металла в зоне стыка (ударной вязкости и предела прочности на разрыв);
  • снижение температурных деформаций материала заготовок и шва;
  • возможность визуального контроля качества металла на стыке при механизированном процессе сварки;
  • уменьшение количества брызг металла и ванны, что упрощает процедуру зачистки стыка;
  • улучшение внешнего вида конструкции за счет получения ровных линий соединения без следов выброса металла;
  • снижение риска прожигания тонких листов и сокращение расхода сварочной проволоки;
  • упрощение розжига и стабилизация горения дуги с одновременным расширением диапазона настроек сварочного оборудования;
  • отсутствие дополнительной подготовки аппаратуры (перед подачей газа не требуется прогрев сопла или редуктора);
  • снижение количества мелких брызг металла, попадающих на защитный костюм и маску сварщика.

Самостоятельное получение смеси

Для получения смеси необходимо установить 2 баллона и смеситель, но из-за нестабильного давления процентное соотношение постоянно меняется. По мере расходования газа напор в магистралях падает и сварщику необходимо постоянно контролировать показания манометров, что негативно сказывается на производительности труда и качестве сварки. Отследить остаток углекислоты в емкости невозможно, внезапное прекращение подачи компонента приводит к браку. Профессиональные смесители с высокой точностью смесеобразования, но цена оборудования начинается от 2,5 тыс. евро.

Получение смеси
Процентное соотношение смеси постоянно меняется.

В промышленных условиях для приготовления качественной защитной среды используют оборудование с дозаторами, поддерживающими требуемое соотношение компонентов (с учетом допусков, указанных в стандартах). Следует учитывать, что в процессе хранения происходит разделение материала на составные части по плотности (например, входящий в состав Ar+CO2 аргон поднимается вверх, а в нижней части емкости остается углекислота). Для снижения риска разделения необходимо хранить баллоны горизонтально и периодически перекатывать резервуар по полу.

Правила сварки в газовой среде

Технология сварки в среде защитных газов не имеет больших отличий от методик соединения деталей электродом. Полуавтоматическое оборудование позволяет выполнять работы в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также на потолке при достаточном навыке оператора. Сварщик может устанавливать предварительные прихваты для позиционирования заготовок перед проваркой стыков. Полученные соединения выглядят аккуратно и являются герметичными. Кроме того, газовая среда снижает риск прожигания тонких листов (например автомобильных кузовов).

Правила сварки
Сварка в среде защитных газов позволяет получать герметичные соединения.

При выполнении работ вручную необходимо удерживать головку на расстоянии 15-20 мм от стыка под прямым углом к сопрягаемым заготовкам. Отклонение сопла и увеличение зазора приводят к разрушению потока защитного газа. Следует учесть, что расстояние между соединяемыми деталями зависит от химического состава газовой среды. Например, применение аргона и кислорода (или их смеси) приводит к повышенной текучести расплава, что требует уменьшения расстояния. Одновременно возникают сложности при вертикальной или потолочной сварке.

Для устранения негативного влияния газовой смеси необходимо корректировать режимы сварки (в ущерб производительности) или подбирать среду с пониженным содержанием Ar. При подаче газа снижается расход сварочной проволоки. Оператору необходимо корректно выставлять параметры и отрабатывать навыки ведения работ с повышенной скоростью. Дополнительной проблемой станет быстрый нагрев корпуса горелки из-за пониженной теплопроводности защитной атмосферы. В этом случае потребуется использовать головки с увеличенными габаритами и массой.

При выполнении сварки необходимо предусмотреть защиту оператора от теплового и ультрафиолетового излучения, возникающего при горении дугового разряда. Необходимо обеспечить стабильность факела смеси, который не будет сдуваться потоком атмосферного воздуха или нарушаться соплом, забрызганным частицами металла. Оборудование может оснащаться системой принудительного жидкостного охлаждения головки. В этом случае необходимо заправить емкость и контролировать уровень воды в резервуаре.

Как выбирать сварочные смеси

При подборе сварочной смеси учитывают:

  • материал соединяемых деталей;
  • расположение стыка и зазор между кромками;
  • тип используемого оборудования и диаметр сварочной проволоки.

Орбитальная сварка

Орбитальный процесс сварки необходим для соединения цилиндрических заготовок (например кусков водопроводной трубы). При повышенных требованиях к качеству стыка нужно проварить шов с 2 сторон, но доступ из внутренней части изделия затруднен. Для улучшения качества работ применяют механизм, вращающий заготовки относительно неподвижной головки, или перемещают сварочный аппарат (с предварительным прогревом кромок газовой горелкой или иным способом).

Орбитальная сварка
Орбитальная сварка необходима для соединения цилиндрических заготовок.

Для увеличения глубины заполнения стыка расплавом и ускорения сварки с одновременным формированием гладкого изнаночного шва используют газовые смеси на основе нейтрального Ar с добавками гелия либо водорода. В промышленных условиях при сварке ответственных конструкций применяют многокомпонентные защитные среды, обеспечивающие повышенное качество металла в зоне сварки.

Газ для инвертора

Классический инвертор не оборудован системой подачи защитной среды. Соединение осуществляется дуговым разрядом между наконечником электрода и деталями. Для аргонодуговой сварки требуется полуавтомат с инверторным источником питания. Оборудование предназначено для работ с углеродистыми и легированными сталями, а также цветными металлами.

Защитную атмосферу подбирают в зависимости от химического состава заготовок.

Работа с алюминием

Сварка алюминиевых деталей затрудняется оксидной пленкой, образующейся на поверхности металла и имеющей температуру плавления более +2200°С (близкую к точке кипения материала). Предварительно пленку счищают механическим способом, но она восстанавливается в результате воздействия атмосферного воздуха. Нагрев только ускоряет процесс. Для предотвращения восстановления пленки в зону сварки подают смеси аргона (от 13 до 60% от объема) с гелием (от 38 до 85%) с добавкой углекислого газа (концентрация от 1,5 до 2% от объема).

Работа с алюминием
Сварка алюминия затрудняется оксидной пленкой, бороться с которой помогает смесь аргона с гелием.

Полуавтоматическая сварка

При подборе защитной среды для полуавтомата необходимо учесть химический состав материала заготовок, габариты формируемого шва и сечение присадочной проволоки. Для определения типа смеси используют таблицы (пример приведен ниже). Опытные сварщики учитывают дополнительные характеристики компонентов защитной атмосферы. Например, углекислота снижает разбрызгивание металла электрода и присадочной проволоки. Это упрощает сварку потолочных швов, поскольку уменьшено количество капель расплава, попадающих на защитный костюм оператора установки.

Тип материала заготовокТолщина стыка, ммДиаметр проволоки, ммСкорость сварки, мм/минСила тока в цепи, АНапряжение дугового разряда, ВРекомендуемая газовая смесь
Углеродистая сталь3,01,0от 280 до 520до 16017-19Аргон с примесью углекислоты и кислорода (соотношение 86, 12 и 2% соответственно)
10,01,2от 300 до 450до 16017-18Смесь Ar (82%) и кислорода (18%)
Легированная сталь6,01,2до 650не более 25025-29Смесь гелия, Ar и двуокиси углерода (55, 43 и 2% соответственно)
10,01,2до 450не выше 15016-19Соединение He (38%) с Ar (60%) и CO2 (2%)
Алюминиевый сплав1,61,0до 60070-10017-18Соединение He (85%) с Ar (13%) и CO2 (2%)
3,01,2до 700105-12017-20

Расход газа при выполнении сварочных работ

Расход газовой защитной смеси, измеряемый в литрах в минуту, регулируют вручную с помощью ротаметра. Рекомендуется устанавливать параметр (в л/мин), соответствующий диаметру горелки (в мм). При использовании бытового или полупрофессионального оборудования затраты составляют не более 10-15 л/мин. Увеличение параметра приводит к насыщению расплава газовыми пузырями, а при чрезмерной экономии происходит разрушение защитного потока с последующим проникновением атмосферного воздуха в рабочую зону.

Экологическая безопасность

При использовании смеси для сварки полуавтоматом необходимо:

  1. Оборудовать рабочее место системой принудительного отвода газов и паров металла. Откачиваемый воздух следует пропускать через фильтры, снижающие количество вредных выбросов в атмосферу. Тип фильтра должен соответствовать используемой защитной среде.
  2. Поскольку при дуговой сварке образуется ультрафиолетовое излучение, то вокруг рабочей зоны требуется установить защитные экраны.
  3. Оборудование должно иметь герметичные вентили, редукторы и шланги (для сокращения расхода материала и недопущения выбросов газа в атмосферу).

Все сварочные работы необходимо выполнять в защитном костюме и маске со стеклом. Дополнительно используют индивидуальный дыхательный аппарат или респиратор, который защищает легкие от вредного воздействия веществ, образующихся при сварке. Для повышения безопасности персонала и снижения негативного влияния на окружающую среду необходим периодический контроль состава и качества используемой смеси.

svarkaved.ru
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.

Adblock
detector