Эффективность высокотемпературной обработки металлов повышают сварочные смеси защитных газов, используемых для создания защитного облака над расплавленным металлом. Специальные газосмеси использовать при сварке гораздо выгоднее, чем чистые газы. Разработано несколько стандартизированных составов, применяемых для углеродистых, низко- и высоколегированных сталей и цветных металлов.
Экспериментально доказано, что смеси повышают качество расплава, снижают количество металлических брызг, увеличивают производительность работы сварщика. Сварочные швы становятся пластичными, заметно стабилизируется горение дуги. Влияние вредных факторов снижается за счет уменьшения задымленности, улучшаются условия труда.
Свойства и назначение
Сварочная смесь, создающая защитное облако над ванной расплава способна оказывать на процесс сварки как положительное, так и отрицательное воздействие. Инертные газы ведут себя по-разному:
- Аргон за счет ионизации воздуха поддерживает дугу и обеспечивает качественный перенос металла. При работе с толстостенными заготовками, прокатом из металлов, имеющих высокую теплопроводность, аргон, характеризующийся слабой отдачей энергии, малоэффективен.
- Гелий с этой точки зрения предпочтительнее, но меньше влияет на стабильность горения дуги и не улучшает перенос металла присадки на поверхность заготовок.
- Углекислый газ обеспечивает хорошую защиту за счет высокой плотности, снижает разбрызгивание жидкого металла.
Каждый отдельный газ обладает уникальными свойствами, в смеси они нивелируют отрицательное воздействие отдельных компонентов, усиливают положительное влияние. Составы подбирались методом проб и ошибок с целью повышения качества швов и скорости сварки.
В смеси защитные газы намного эффективнее защищают ванну расплава, снижают вероятность образования дефектов.
Смеси газов
Для сварки используют 4 газообразных бесцветных вещества, вытесняющие из рабочей зоны:
- водород, способствующий охрупчиванию металлов;
- азот, образующий твердые шлаковые соединения;
- кислород, активно окисляющий металлы.
Вытеснение газовоздушных компонентов происходит за счет высокой плотности защитных газов, они формируют малоподвижное облако. У всех сварочных смесей газов удельный вес больше, чем у воздуха. Концентрация компонентов подбиралась экспериментальным путем, учитывалось влияние газов на режим сварки. Смеси на основе аргона значительно расширяют возможности сварки, повышают эффективность работы сварщиков. Минимизируют риски образования дефектов в сварочных швах.
Аргон и углекислый газ
Для сваривания цветных металлов, профиля и проката из высоколегированных сталей используется сварочная смесь аргона и углекислоты. Аргон снижает активность углекислоты, а CO2 увеличивает теплопередачу аргона. Сварка углеродистых и низколегированных сталей в защитном облаке Ar+CO2 намного эффективнее, чем в каждом отдельном газе. При концентрации углекислоты в пределах 20% толстостенные металлические конструкции провариваются даже при сильной загрязненности поверхности.
Аргон и кислород
Состав применяют для сваривания низколегированных и легированных никелем сталей. При небольшой концентрации кислорода удается избежать пористости швов, аргон препятствует образованию окислов. Комбинация Ar+O2 применяется с различными видами сварочной проволоки, расширяет возможности сварочного процесса за счет повышения энергии дуги, стабильного горения. Металл быстрее проваривается. Формируются ровные шовные валики при равномерном прогреве присадочного прутка. Прочность соединения увеличивается за счет расширения диффузионного слоя.
Аргон и гелий
Инертные газы сочетают в разных пропорциях. Самые распространенные составы 7:3 и 1:1. Композиция Ar+He используется при работе с различными металлами:
- чугуном различной плотности;
- с низколегированными и легированными сталями с высоким содержанием никеля и хрома;
- цветными сплавами на основе меди, алюминия;
- тугоплавкими заготовками.
Смесь инертных газов исключает образование окалины, трещин, раковин. Часто применяется в наукоемких отраслях для автоматической сварки, где требуется высокое качество швов.
Аргон и водород
Комбинация Ar+H разрабатывалась для соединения сталей с аустенитной структурой, обладающих жаропрочностью. Смесь обеспечивает эластичность швов, процент водорода зависит от марки стали, львиную долю композиций составляет аргон, формирующий плотное защитное облако.
Аргон и активные газы
Концентрация углекислого газа в подобных газосмесях не превышает 20%, кислорода – 2%. При работе с тонкими видами проката и профиля снижают концентрацию углекислого газа, увеличивают содержание кислорода для быстрого прогрева заготовок в месте соединения. При работе с толстыми деталями повышают содержание углекислого газа. Для работы с медными сплавами в композицию вводят незначительное количество азота.
Что лучше: сварочная смесь или углекислота?
Чем лучше варить, специалисты решают самостоятельно, учитывая прочность соединений, затраты на расходные материалы. Для изоляции расплава, образуемого в процессе сварки, можно использовать инертные газы аргон и гелий, углекислоту или сварочную смесь. С введением инертных газов, которые не взаимодействуют с расплавом, в активные, снижается способность углерода растворяться в жидком металле. СО2 – активный газ, при использовании в чистом виде он насыщает стали и цветные металлы.
Преимущества применения газосмеси:
- облегчается струйный перенос электродной наплавки;
- швы получаются более пластичные;
- снижается риск образования пористости;
- ускоряется процесс расплавления металла;
- увеличивается прочность соединений;
- меньше дымление, выделяемые вещества удерживаются в зоне расплава;
- при неравномерной подаче присадочной проволоки сохраняется ритмичность работы;
- из-за минимизации разбрызгивания снижается расход электродов и проволоки.
Достоинства сварки в атмосфере углекислого газа:
- низкая стоимость;
- возможность варить в любом пространственном положении;
- хорошая проварка стыков.
Производительность сварочных работ при использовании специальных смесей, защищающих ванну расплава от окисления, повышается на 50%, при этом потребление электроэнергии не увеличивается.
Подбор сварочной смеси для полуавтомата
Присадочная проволока выпускается без защитного покрытия, в полуавтоматах предусмотрена подача защитных газов. Их смешивают с расчетом, чтобы создавалась нужная температура горения, при которой металлические заготовки и проволока не слишком быстро расплавлялись. При рациональном подборе газосмеси для полуавтоматической сварки упрощается процесс формирования швов.
Таблица выбора газосмеси для различных сплавов:
| Углеродистые конструкционные стали (листовой, узкопрофильный прокат) | |||||||||
| Размер проволоки (мм) | Величина стыка (мм) | Сила тока (А) влияет на скорость сварки | Название смеси по ГОСТ и международному стандарту | Компонентный состав смеси | |||||
| Ar | CO2 | O2 | He | ||||||
| 0,8 | 1 | от 45 до 65 | К-3.1
(возможна маркировка Argoshield 5) |
92% | 6% | 2% | – | ||
| 1,6 | от 70 до 80 | ||||||||
| 1 | 3 | от 120 до 160 | К-3.2 (возможна маркировка Argoshield TC) | 86% | 12% | 2% | – | ||
| 6 | от 140 до 160 | ||||||||
| 1,2 | 6
10 |
от 250 до 270
от 140 до 160 |
|||||||
| 1,2 | 10 | от 270 до 310
от 140 до 160 |
К-2 (возможна маркировка Pureshield P31)
Универсальная смесь |
82% | 18% | – | – | ||
| 1,2 | 10 | от 290 до 330 | К-3.3 возможна маркировка (Argoshield 20) | 78% | 20% | 2% | – | ||
| Легированные стали (жаростойкие. жаропрочные, нержавеющие, кислотоустойчивые) | |||||||||
| 0,8 | 1.6 | от 70 до 855 | НП-1 (возможна маркировка Helishield HI) | 13,5% | 1,5% | – | 85% | ||
| 1,0 | 3
6 |
от 100 до 125
от 120 до 150 |
НП-2(возможна маркировка Helishield H7) | 43% | 2% | – | 55% | ||
| 1,2
|
6
10 |
от 220 до 250
от 120 до 150 |
|||||||
| 1,2 | 10 | от 120 до 150
от 260 до 280 от 270 до 310 |
НП-3 (возможна маркировка Helishield H101) | 60% | 2% | – | 38,0% | ||
| Сплавы на базе алюминия | |||||||||
| 1 | 1,6 | от 70 до 100 | НП-1 (обозначается также H1 и надписью Helishield-Н1) | 13,5% | 1.5% | – | 85% | ||
| 1.2 | 3
6 |
от 105 до 120
от 120 до 140 |
– | ||||||
| 1,2 | 6 | от 160 до 200 | НП-2 (обозначается также H7 и надписью
Helishield-H7) |
43% | 2% | – | 55% | ||
| 10 | от 120 до 140 | ||||||||
| 1,6 | |||||||||
| 1,2-1,6 | от 130 до 200 | ||||||||
| 1,5-2,4 | от 300 до 500 | НП-3 (возможна маркировка Н101 и Helishield-H101) | 60% | 2% | – | 38% | |||
При использовании вольфрамового электрода и проволочной присадки применяют составы из двух инертных газов:
- НН-1 (полное название Helishield-Н3), в этой смеси концентрация гелия в пределах 30%, аргона не более 70%. газосмесь обеспечивает более эффективный нагрев, увеличивается скорость плавления металла, формируется ровная поверхность шва.
- НН-2 (международная маркировка Helishield-H5) – это в равных пропорциях смешанные два инертных газа: аргон и гелий. Универсальная смесь применяется для соединения черных и цветных заготовок практически любой толщины.
Компонентный и количественный состав оказывает влияние практически на все параметры и режим сварки металлов.
Применение смесей
Бескислородные смеси выбирают при скоростной проходке и сварке цветных металлов. Они дают великолепные чистые швы с гладким профилем, окисление поверхности незначительное, обеспечивают низкий уровень армирования и обеспечивает высокую скорость проходки. Придают стабильность электрической дуге при соединении материалов толще 9 мм, снижают вероятность появления дефектов шва.
При подаче газовой смеси полуавтоматом снижается скорость подачи проволоки, быстрее нагревается горелка. Приходится корректировать режим работы, подбирать массивные головки. Для качественной работы со смесями необходимы профессиональные навыки.
При выборе готовых сварочных газовых смесей с кислородом учитывают особенности составов. К-2 считается идеальным для черных и низколегированных сталей. Другие разрабатывались для металла различной толщины, глубокого провара и сварки тонкостенного листа, профиля без деформации. Кислородосодержащие составы применяются для коротких и длинных швов, реставрационной наплавки изношенных деталей. Могут использоваться повсеместно: для роботов-автоматов, ручной, полуавтоматической сварки во всех пространственных положениях. Выбирают специальные составы для профилированного проката из сортовых сталей, для наплавки.
При ручной сварке важно соблюдать расстояние от заготовок до сопла. Необходимо постоянно поддерживать расстояние в пределах 15–20 мм от стыка, чтобы не допустить непроваров. Горелка размещается под прямым углом. Следует учитывать, что кислородные смеси увеличивают текучесть расплавленного металла, при работе в потолочном и вертикальном положении возможны проблемы.
Самостоятельное смешивание газов
Теоретически смесь можно приготовить непосредственно на рабочем месте, на сварочных участках предусмотрены специальные посты с установкой ротаметров – аппаратов, контролирующих расход компонентов за единицу времени из каждого баллона. По показателям ротаметров с помощью редукторов регулируют состав газовой смеси, подаваемой к рабочим местам сварщиков.
При работе с несколькими баллонами одновременно состав сварочной смеси не будет идеальным. Делая газосмеси самостоятельно невозможно добиться точного процентного содержания компонентов до десятых. Обязательно увеличится расход газов и, соответственно, присадки.
Защитный сварочный газ – оптимальная смесь, используемая при термической обработке металлов. Готовые составы заказывают у специализированных поставщиков или непосредственно на заводах-изготовителях.
Какие преимущества дает использование готовых сварочных газовых смесей по сравнению с самостоятельным смешиванием газов непосредственно на месте сварки?