Расплавленный высокотемпературный металл в сварочной ванне активно взаимодействует с газами из окружающей среды. В результате нежелательных химических реакций образуются:
- оксиды (взаимодействие с кислородом). Снижают прочностные характеристики, жаропрочность и коррозионную стойкость соединений;
- нитриды (соединения с атомами азота). Способствуют увеличению хрупкости и старению металла;
- гидриды (реакция с молекулами водорода). Образуют мелкие поры, микротрещины.
Содержание
Газы защитные против атмосферных
Один из способов решения этих проблем — создание искусственной прослойки в виде защитных газов между жидким металлом в сварном шве и окружающим воздухом. Инертные или активные газы через сварочные горелки плотной струей под давлением подают в зону сварного соединения. Они создают благоприятную среду для устойчивого горения электрической дуги и протекания под ее воздействием качественных металлургических процессов.
Невидимые защитники
Для этих целей ГОСТом 19521-74 предусмотрено применение:
- Углекислого газа (двуокиси углерода) СО2 .
- Аргона.
- Гелия.
- Азота.
- Водорода.
- Смеси газов.
Двуокись углерода
Газ СО2 (ГОСТ 8050-85) получил наибольшее распространение из-за невысокой стоимости (выделяется как побочный продукт при коксовании углей, обжиге известняка). Является активным. Оттесняя от сварочной ванны вредные газы из окружающей среды, сам способен вступить в химическую реакцию с металлом шва.
При высоких температурах в зоне дуги распадается на окись углерода и свободный кислород. Его нейтрализуют, используя сварочную проволоку или присадочный материал с повышенным содержанием марганца и кремния (ГОСТы 2246-70, 10543-98). Окислы этих элементов выходят на поверхность сплава в виде шлаков.
Сварку в среде углекислого газа применяют для соединения деталей из низколегированных и углеродистых сталей.
Аргон и гелий
Аргон (ГОСТ 10157-79) и гелий (ГОСТ 20461-75) — инертные газы. Они не взаимодействуют с жидким металлом в сварочной ванне.
Аргон, являясь более тяжелым по отношению к воздуху, создает плотную защиту от азота и кислорода из окружающей среды. Используется для получения высококачественных сварных швов углеродистых и высоколегированных сталей, а также для сварки цветных металлов и их сплавов.
Гелий применяется в тех же целях, что и аргон, но значительно реже из-за его высокой стоимости. Чаще используют в виде смеси с аргоном.
Азот и водород
Активные газы азот (ГОСТ 9293-74) и водород (ГОСТ 3022-70) применяются в высокотемпературных процессах с металлами, не вступающими с ними во взаимодействие.
Способы газоэлектрической сварки
Способы сварки в среде защитных газов определены ГОСТом 14771-76:
- неплавящимися электродами без присадочного (ИН) и с присадочным металлом (ИНп) в инертных газах;
- плавящимися электродами в СО2 (УП) и инертных газах (ИП).
Неплавящиеся электроды:
- Металлические.
- Неметаллические.
Металлические — вольфрамовые (ГОСТ 23949-80). Используют для сварки сталей и цветных металлов на постоянном, переменном или импульсном (пульсирующим по заданной программе) токе.
Сварку с применением этих электродов называют TIG (английский) или WIG (немецкий вариант).
Неметаллические — угольные и графитовые. Применяют в основном для сварки меди, латуни, бронзы и чугуна.
Плавящиеся электроды:
- проволочные (сплошные и порошковые);
- ленточные (сплошные и порошковые).
Если при сварке неплавящимися электродами для заполнения шва металлом в основном используют присадочный материал, то в случае плавящихся — присадкой служат сами электроды.
Содержание химических элементов в материале электрода и порошкового наполнения подбирают в соответствии с составом свариваемых деталей.
Плавящаяся стальная проволока для сварки в защитных газах (ГОСТ 2246-70) предназначена для работы с углеродистыми и низколегированными сталями. Проволочные электроды из цветных металлов (титана, меди, алюминия и сплавов на их основе), как более дорогие, используют, согласно технологическим картам для соединений аналогичных цветных металлов и их производных.
Технологические особенности и оборудование
Сварочные работы в среде защитных газов производятся:
- полуавтоматами (ГОСТ 18130-79);
- автоматами (ГОСТ 8213-75);
- сварочными тракторами.
Газоэлектрическую сварку в среде СО2 осуществляют плавящимся электродом. Преимущественно — на постоянном токе (до 500А) с подключением электрода к плюсу, а свариваемых деталей — к минусу. Требования к источникам питания регламентирует ГОСТ 25616-83.
Сварка в среде аргона производится неплавящимися и плавящимися электродами как на постоянном, так и на переменном токе.
Для плавящихся электродов на постоянном токе, как и в предыдущем случае, используют обратную полярность.
При постоянном токе с вольфрамовым электродом на него подают минус, на детали — плюс. Применение прямой полярности позволяет поддерживать устойчивое горение дуги. Использование переменного тока для этой цели требует наличия стабилизаторов напряжения.
Помимо источника питания, в состав оборудования входят:
- механизм подачи сварочной (присадочной) проволоки;
- горелка;
- баллон с газом;
- измерительные приборы;
- дополнительное вспомогательное оборудование.
Плюсы и минусы газоэлектрической сварки
К основным преимуществам относят:
- повышение качественных характеристик металла шва;
- возможность производить работы при любом положении сварных швов (в отличие от сыпучих флюсов);
- высокая производительность (при механизации скорость достигает 120 м/час, а при автоматизации — 200 м/час);
- отсутствие шлакового слоя, что позволяет зрительно контролировать процесс сварки;
- применение для сварки цветных и тугоплавких металлов;
- для производства высокоточных работ;
- благодаря огромной номенклатуре выпускаемых полуавтоматов и автоматов, возможно использование как в промышленных масштабах, так и штучном производстве.
Минусы этого вида сварочных работ:
- работа с газами требует повышенных мер техники безопасности;
- высокая стоимость инертных газов.
