zakaz@penzaelektrod.ru Заказать обратный звонок

Бесплатный звонок из России

8 (800) 200-01-42

Отдел продаж. Время работы: Пн-Пт 7:30-16:30

+7 (8412) 23-50-93

Дуговая сварка в защитном газе. Часть 2

Широко применяемый в сварочном производстве способ защиты сварочной ванны с помощью однокомпонентных газов (двуокись углерода или аргон) со временем не стал удовлетворять требованиям качества и производительности. Дальнейшим этапом повышения эффективности сварки при изготовлении сварных металлоконструкций стало применение многокомпонентных газовых смесей на основе аргона.

Изменяя состав газовой смеси, можно в определенных пределах изменять свойства металла шва и сварного соединения в целом. Преимущества процесса сварки в газовых смесях на основе аргона проявляются в том, что возможен струйный и управляемый процесс переноса электродного металла. Эти изменения сварочной дуги — эффективный способ управления ее технологическими характеристиками: производительностью, величиной потерь электродного металла на разбрызгивание, формой и механическими свойствами металла шва, а также величиной проплавления основного металла.

Процентное содержание того или иного газа в смеси принимается исходя из толщины свариваемого металла, степени его легирования и требований, предъявляемых к сварным соединениям в зависимости от условий эксплуатации изделия. От выбора защитной газовой смеси зависит качество сварки. Так, например, смеси, содержащие в своем составе гелий, повышают температуру сварочной дуги, что улучшает проплавление сварного шва, увеличивая производительность сварки в целом.

Повышение производительности сварочных работ при применении газовых смесей составляет не менее 30-50%. Гораздо более значителен эффект от их применения по предприятию в целом. Например, применение газовых смесей при полуавтоматической сварке металла, подлежащего дальнейшей покраске, не требует последующей зачистки сварного шва и околошовной зоны. Форма и чистота сварного шва получаются вполне пригодными для дальнейшей покраски. Это обеспечивает значительное повышение производительности труда при последующих работах со сваренными изделиями на предприятии.

Стоимость газа составляет лишь небольшую часть общего объема затрат на сварку. Использование защитных газовых смесей уменьшает расход электроэнергии и материалов на 10-15%. Кроме того, использование газовых смесей в процессе полуавтоматической сварки обеспечивает еще и повышенные свойства металла сварного соединения, что в ряде случаев позволяет отказаться от всегда трудоемкой термообработки.

Применение той или иной защитной газовой смеси определяется толщиной свариваемого металла, степенью его легирования и требованиями к качеству металла сварного шва и сварного соединения в целом.

Если сравнить два способа защиты сварочной ванны (чистый защитный газ — углекислый газ или аргон и многокомпонентные газовые смеси), то можно сделать выводы в пользу применения многокомпонентных газовых смесей. Их использование имеет следующие преимущества:

    • повышается производительность сварки не менее чем в 1,5 раза без увеличения потребляемой электрической мощности (т. е. обеспечивается снижение удельных энергозатрат примерно в 1,3 раза);
    • в 1,5-3 раза снижается разбрызгивание электродного металла;
    • в 8-10 раз снижается набрызгивание электродного металла на сварной шов и околошовную зону, что уменьшает трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей;
    • снижение потерь электродного металла на разбрызгивание;
    • повышение стойкости металла сварного шва против образования горячих трещин (критическая скорость деформации при сварке в СО2 составляет 22,5 мм/мин, при сварке в смеси Аr/СО2/02 — 27,1 мм/мин);
    • механические свойства сварного соединения остаются на том же уровне, как и при сварке в углекислом газе, за исключением относительного удлинения, которое увеличивается примерно на 10%, и ударной вязкости, которая увеличивается существенно, в 1,5-2 раза, в зависимости от типа применяемой газовой смеси (это имеет огромное значение для металлоконструкций, работающих на открытых площадках в условиях отрицательных температур);
    • стабилизация процесса сварки и улучшение микроструктуры металла шва (снижение пористости и оксидных включений);
    • лучший внешний вид сварного шва;
  • улучшение условий труда сварщика.

 

Качество сварных соединений в значительной мере зависит от содержания растворенных в металле так называемых вредных газов — водорода, азота и их соединений. Поэтому защитные газовые смеси должны иметь в своем составе строго ограниченное количество вредных примесей.

Отрицательное воздействие на качество сварного шва оказывают пары воды, содержащиеся в защитном газе. При воздействие высоких температур вода расщепляется на составляющие — водород и кислород. Если кислород выводится в шлаковую фазу, то водород оказывает негативное влияние на сварной шов.

Водород способствует образованию пористости при кристаллизации металла и является одним из главных факторов образования холодных трещин, то есть трещин, которые образуются при 200 °С и ниже в процессе охлаждения сварного соединения. Азот в большинстве случаев вызывает снижение пластичности металла, пористость и другие дефекты.

Поэтому для получения сварочных газовых смесей необходимо использовать газы, которые должны по своему составу соответствовать принятым нормам, табл. 7.

 

tabl_ds_7
Таблица 7. Принятые нормы качества газов применяемых для газовых смесей.

 

БИНАРНЫЕ (ДВОЙНЫЕ) ГАЗОВЫЕ СМЕСИ

Аргон-гелий (Ar+Не). Гелий часто смешивают с аргоном, чтобы получить дополнительные преимущества от использования двух газов. Аргон обеспечивает стабильность горения дуги и очистку сварочного шва, в то время как гелий способствует более глубокому проплавлению металла по всей ширине шва. Обычно при сварке более толстого металла применяются смеси, содержащие больший процент гелия.

Газовые смеси гелий-аргон применяются в основном для сварки цветных металлов: алюминия, меди, никелевых и магниевых сплавов, а также химически активных металлов. Добавка гелия в аргон увеличивает теплопередачу. Чем толще металл, тем выше должно быть процентное содержание гелия.

Небольшая добавка гелия к аргону, менее 10%, уже оказывает влияние на дугу и механические свойства сварного шва. С увеличением содержания гелия увеличиваются напряжение на дуге, разбрызгивание, ширина шва и глубина проплавления, однако при этом снижается пористость шва при сварке алюминия. Для получения стабильного струйного переноса и хорошего сплавления металла необходимо, чтобы газовая смесь содержала не менее 20% аргона.

Аргоногелиевые смеси, независимо от процентного соотношения газов в смеси, применяются для сварки цветных металлов. Аргоногелиевая смесь используется с различной комбинацией напряжения и тепловложения дуги GTAW и GMAW сварки, сохраняя благоприятную характеристику аргоновой дуги.

Argon — 25% Не. Редко применяемая смесь. Иногда рекомендуется для сварки алюминия, когда необходимо увеличенное проплавление и имеет первостепенное значение внешний вид сварного шва.

Argon — 75% Не. Эта смесь обычно широко применяется при автоматизированной сварке в нижнем положении алюминия толщиной более 25 мм. Кроме того, имея высокое тепловложение и низкую пористость, применяется для сварки электротехнической меди толщиной 8-12 мм.

Argon — 90% Не. Эта смесь используется для сварки меди толщиной более 12 мм и алюминия толщиной более 75 мм. Смесь дает высокое тепловложение, хорошее сплавление и высокое качество сварного шва. Кроме того, эту смесь можно применять для сварки циклическим режимом короткой дугой никеля.

Аргон-кислород (Ar+O2). Добавление небольшого количества кислорода в аргон улучшает стабильность дуги, увеличивает размер капель электродного металла, уменьшает ток перехода в струйный режим переноса, улучшает свариваемость и внешний вид сварного шва. Сварочная ванна более жидкая и дольше остается в жидком виде, позволяя течь металлу к наружной границе сварного шва. Это уменьшает подрезы и помогает выровнять сварной шов.

Иногда небольшие добавки кислорода к аргону используются при сварке цветных металлов. Например, по данным NASA, добавка 1% кислорода бывает полезна при сварке листов из очень чистого алюминия.

Argon — 1% О2. Эта смесь, прежде всего, применяется для струйного переноса электродного металла при сварке нержавеющих сталей. Одного процента кислорода обычно достаточно, чтобы стабилизировать дугу, улучшить капельный перенос и внешний вид, обеспечить сплавление.

Argon — 2% О2. Эта смесь применяется для струйного переноса электродного металла при сварке углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей. Смесь обеспечивает лучшее сплавление по сравнению с 1%-ным содержанием кислорода. Механические характеристики и коррозионная стойкость такие же, как у смеси Argon — 1 % 02.

Argon — 5% О2. Эта смесь обеспечивает более жидкую, но в то же время управляемую сварочную ванну. Данная смесь применяется для сварки углеродистых сталей общего применения. Повышенное содержание кислорода позволяет повысить скорость сварки.

Argon — 8-12% О2. Эта смесь первоначально появилась в Германии, затем в США. Основное применение — замена многопроходного сварного шва однопроходным. При сварке с применением этой защитной смеси из-за высокой окисляющей способности необходимо применять специальную электродную проволоку с большим содержанием раскисляющих элементов. Высокая текучесть сварочной ванны и низкий уровень перехода в режим струйного переноса электродного металла являются преимуществом при выполнении некоторых видов сварки.

Argon — 12-25% О2. Эта смесь с очень высоким содержанием кислорода имеет ограниченное применение. Преимущество смеси с содержанием 25% кислорода, по сравнению с 12%, невыяснено. Для этой газовой смеси характерна чрезвычайная текучесть металла сварочной ванны. Сварной шов имеет плотный, трудно-удалимый слой шлака/окалины. Прочность сварного шва при содержании в смеси 25% кислорода низкая, шов имеет большую пористость.

Аргон-диоксид углерода (Ar+CO2). Смесь аргона с диоксидом углерода (углекислым газом) главным образом применяется при сварке углеродистых и низколегированных сталей и имеет ограниченное применение при сварке нержавеющих сталей. Добавление аргона к углекислому газу уменьшает разбрызгивание расплавленного металла. Небольшая добавка углекислого газа к аргону дает ту же характеристику дуги, что и небольшая добавка кислорода. Разница в том, что в последнем случае переход на струйный режим переноса происходит при больших значениях тока. При содержании в смеси более 20% углекислого газа режим струйного переноса становится неустойчивым.

Argon — 3-10% СО2. Эта смесь приобрела популярность как универсальная, поскольку она с успехом применяется для сварки циклическим режимом короткой дугой и для сварки со струйным переносом металла. Газовая смесь с 5%-ным содержанием углекислого газа применяется для импульсного режима GMAW сварки. Сварной шов имеет меньшее окисление, чем при использовании Аг — 2% 02, при этом достигается лучшее проплавление и меньшая пористость сварного шва.

Argon — 5-10% СО2. Применение этой смеси дает характерный жесткий столб дуги. Мощная дуга имеет хорошо управляемую сварочную ванну и способствует образованию окалины.

Argon — 11-20% СО2. Эта смесь используется для высокоскоростной GMAW сварки листового металла с малым зазором. Наибольшее применение имеет для сварки углеродистых и низколегированных сталей. Смесь, содержащая 11-20% углекислого газа, позволяет получить максимальную скорость сварки при сварке металлов небольшой толщины. Сварка с нижним пределом содержания С02 в газовой смеси также имеет улучшенные показатели наплавки, но меньшее брызгообразование.

Argon — 21-25% СО2. Эта газовая смесь применяется во всем мире для сварки низкоуглеродистых сталей циклическим режимом сварки короткой дугой. Смесь обеспечивает хорошую устойчивость дуги и управляемость сварочной ванной, хороший внешний вид сварного шва и высокую производительность, кроме того, позволяет сваривать металлы большой толщины на больших значениях сварочного тока.

Argon — 50% СО2. Эта смесь применяется, когда необходимо высокое тепло-вложение и глубокое проплавление. Рекомендуется применять для сварки металлов толщиной более 3 мм. Данная смесь популярна при сварке трубопроводов циклическим режимом сварки короткой дугой. Хорошее сплавление и внешний вид шва, отсутствие чрезмерной текучести сварочной ванны — основные преимущества при сварке трубопроводов. Склонность к прожогам при сварке тонких материалов ограничивает универсальность этой смеси.

Аргон-азот. Небольшая добавка азота к аргону, не более 1%, позволяет достичь аустенитной структуры сварного шва при сварке нержавеющей стали. Добавка более 2% азота дает пористость сварного шва при однопроходной GMAW сварке низкоуглеродистой стали. Добавка менее 0,5% азота дает пористость сварного шва при многопроходной GMAW сварке углеродистой стали.

ТРОИЧНЫЕ ГАЗОВЫЕ СМЕСИ

Аргон-гелий-диоксид углерода (Ar+He+CO2). Добавка гелия и углекислого газа увеличивает тепловложение и улучшает устойчивость дуги. Улучшается слияние и профиль сварного шва. При сварке углеродистых и низколегированных сталей добавка гелия увеличивает тепловложение и улучшает текучесть сварочной ванны почти так же, как добавка кислорода. Преимущество гелиевой добавки в том, что гелий — инертный газ, поэтому окисление и ухудшение свойств металла сварного шва не происходит.

Эта смесь была разработана для сварки плавящимся электродом углеродистых и низколегированных сталей. Газовую смесь можно использовать для сварки любой толщины металла, при этом она обеспечивает лучшую свариваемость металла, чем при использовании традиционных двухкомпонентных сварочных смесей (даже в присутствии ржавчины, масла и окалины).

Argon — 10-30% Не — 5-15% СО2. Эта смесь применяется для импульсной сварки как углеродистой, так и низколегированной стали. Оптимальное применение смеси, когда желательна максимальная скорость наплавки. Для этой смеси характерны хорошие механические характеристики сварного шва и управляемая сварочная ванна.

60-70% Не — 20-35% Аr — 4-5% СО2. Эта смесь применяется для циклического режима сварки короткой дугой высокопрочных сталей. Для обеспечения хорошей прочности металла сварного шва содержание углекислого газа в данной смеси небольшое. Гелий, входящий в состав смеси, обеспечивает тепло, необходимое для жидкотекучести сварочной ванны. Высокое содержание гелия излишне, так как металл сварочной ванны может стать слишком жидким, что затруднит управление сварочным процессом.

90% Не — 7,5% Аr — 2,5% СO2. Эта смесь применяется для циклического режима сварки короткой дугой нержавеющей стали во всех пространственных положениях. Смесь имеет низкий уровень содержания углекислого газа, что минимизирует углеродное выгорание и гарантирует хорошую коррозионную стойкость, особенно при многопроходной сварке. Аргон, содержащийся в смеси, обеспечивает хорошую устойчивость дуги и проплавление. Высокое содержание гелия обеспечивает нужное тепловложение для преодоления низкотекучести сварочной ванны нержавеющей стали.

Аргон-кислород-диоксид углерода (Аг+О2+СО2). Смеси, содержащие эти три компонента, характеризуются как универсальные. Они позволяют сваривать с импульсным и циклическим режимом сварки короткой дугой, с режимом крупнокапельного, струйного и ротационного переноса металла. Преимуществом данных смесей является возможность сваривать углеродистые и низколегированные стали любой толщины, используя также любые приемлемые способы переноса. Изменяя соотношение газов в смеси, можно изменять характер переноса электродного металла и характеристику дуги.

Argon — 5-10% СО2 — 1-3% О2. За последние несколько лет эта смесь стала популярной в Америке. Главное ее преимущество — универсальность. Она позволяет сваривать углеродистую, низколегированную и нержавеющую сталь любой толщины независимо от способа передачи электродного металла.

Нержавеющая сталь должна свариваться со струйным переносом металла, так как при низких значениях сварочного тока металл сварочной ванны имеет большую вязкость. Углеродистая и низколегированная сталь при сварке в этих смесях хорошо сваривается, обладая хорошими механическими свойствами.

При сварке тонкого металла кислород, входящий в смесь, позволяет стабилизировать на очень низких значениях тока (30-60 А) короткую, но управляемую дугу. Это уменьшает тепловложение, что, в свою очередь, минимизирует прожоги и деформацию металла.

Argon — 10-20% СО2 — 5% О2. Эта газовая смесь не применяется в Америке, но применяется в Европе. Циклический режим сварки короткой дугой в этой смеси характеризуется жидкотекучей сварочной ванной. Струйная передача хорошая и применяется с тройным раскислением проволоки. В этом случае сварочная ванна теряет жидкотекучесть.

Двуокись углерода-азот-аргон (CО2+N2+Ar). Данные газовые смеси выпускаются с достаточно точными значениями содержания всех указанных компонентов. Это необходимо для их использования при сварке широкой гаммы нержавеющих сталей. Эти смеси прекрасно подходят для всех видов сварки прерывистым швом. При этом могут применяться практически все способы переноса металла (такие как короткозамкнутый, импульсный и наиболее распространенный струйный).

При определенных содержаниях СO2 такие газовые смеси можно применять для сварки аустенитной нержавеющей стали, особенно в тех случаях, когда важно контролировать содержание углерода при сварке. Добавка азота улучшает рабочие характеристики дуги за счет повышения ее стабильности, увеличивает глубину проплавления, а также предотвращает неровности в свариваемых деталях.

Эти смеси также помогают поддерживать необходимый уровень содержания азота в свариваемом металле, в особенности в таких материалах, как стали, выплавленные дуплекс-процессом, для которых контроль на химическом уровне является критичным, в целях обеспечения целостности микроструктуры металла и увеличения устойчивости к коррозии.

Аргон-диоксид углерода-водород (Аr+Н+СО2). Небольшая добавка водорода при импульсной MIG сварке нержавеющей стали улучшает слияние шва и повышает стабильность дуги. Низкое содержание углекислого газа (1-3%) минимизирует углеродное выгорание, но обеспечивает хорошую устойчивость дуги. Данная газовая смесь не рекомендуется для сварки низколегированных сталей. Механические характеристики сварного шва неважные. Сварной шов склонен к водородной хрупкости.

Аргон-гелий-кислород (Ar+Не+О2). Точно так же, как добавление гелия увеличивает энергию дуги при сварке цветных металлов, добавление гелия и кислорода к аргону влияет на энергию дуги при GMAW сварке черных металлов. Данная смесь применяется для сварки и наплавки со струйным режимом переноса низколегированных и нержавеющих сталей. Применение смеси обеспечивает улучшенную текучесть металла сварочной ванны, хороший внешний вид и низкую пористость сварного шва.

 

КВАТЕРНАРНЫЕ (СОСТОЯЩИЕ ИЗ ЧЕТЫРЕХ ГАЗОВ) ГАЗОВЫЕ СМЕСИ

Аргон-гелий-диоксид углерода-кислород. Смесь, известная за рубежом как quad mix (квадратичная смесь) применяется для ротационного переноса электродного металла. Сварной шов при сварке с применением этой газовой смеси имеет на всем протяжении хорошие механические свойства. Основное применение квадратичной смеси — это сварка низколегированной высокопластичной стали и высокопроизводительная сварка низкоуглеродистых сталей.

Легированные стали содержат разное количество легирующих добавок, которые придают им различные улучшающие эксплуатационные свойства. Выбор защитных газовых смесей во многом зависит от марки выбранной стали, предназначенной для сварки. Применение легированной стали в качестве конструкционного материала растет, следовательно, растет необходимость в ее соединении. Двумя главными процессами сварки в защитных газовых смесях являются дуговая сварка плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродом. В обоих процессах выбор защитного газа влияет на качество и продуктивность сварки и, таким образом, влияет на стоимость сварки.

 

СОСТАВЫ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Рассмотрим составы газовых смесей, чаше всего применяемых при дуговой сварке в защитном газе.

Защитные газовые смеси для сварки плавящимся электродом:

Газовая смесь К-2 (Pureshield Р31). Наиболее универсальная из всех смесей для углеродисто-конструкционных сталей. Состоит из 82% аргона и 18% углекислого газа. Подходит практически для всех типов материалов.

Газовая смесь К-3.1 (Argoshield 5). Эта смесь состоит из 92% аргона, 6% углекислого газа и 2% кислорода. Разработана для сварки листовых и узкопрофильных (сортовых) сталей. Дает устойчивую дугу с низким уровнем разбрызгивания и плоским гладким профилем сварного шва. Смесь обеспечивает глубокое проплавление и идеально подходит для сварки листового металла.

Газовая смесь К-3.2 (Argoshield ТС). Смесь состоит из 86% аргона, 12% углекислого газа и 2% кислорода. Дает устойчивую дугу с широкой зоной нагрева и хорошим проваром профиля, подходит для глубокого проплавления, сварки коротких швов и для наплавки. Может использоваться для сварки во всех пространственных положениях. Идеально подходит для полуавтоматической (ручной), автоматической и роботизированной сварки.

Газовая смесь К-3.3 (Argoshield 20). Смесь 78% аргона, 20% углекислого газа и 2% кислорода. Специально разработана для глубокого проплавления широкого ассортимента профилей. Смесь хорошо подходит для наплавки и сварки толстых прокатных (сортовых) сталей.

Газовая смесь НП-1 (Helishield HI). Смесь 85% гелия, 13,5% аргона и 1,5% углекислого газа. Данная смесь дает великолепные чистые швы с гладким профилем и незначительное либо не дает совсем окисление поверхности. Идеально подходит для тонких материалов, когда высокая скорость прохода дает низкий уровень деформации (искривления) металла.

Газовая смесь НП-2 (Helishield Н7). Смесь 55% гелия, 43% аргона и 2% углекислого газа. Придает низкий уровень сварочному армированию и обеспечивает высокую скорость сварки. Смесь хорошо подходит для автоматической сварки и применения роботов-автоматов с использованием широкого спектра толщин свариваемых материалов.

Газовая смесь НП-3 (Helishield Н101). Смесь 38% гелия, 60% аргона и 2% углекислого газа. Придает стабильность дуге, что обеспечивает низкий уровень разбрызгивания и снижает вероятность появления дефектов шва. Смесь рекомендуется для сварки материалов толщиной свыше 9 мм.

Защитные газовые смеси для сварки неплавящимся (вольфрамовым) электродом:

Газовая смесь НН-1 (Helishield НЗ). Инертная газовая смесь, состоящая из 30% гелия и 70% аргона. Смесь дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки. Более ровная поверхность шва и, следовательно, меньшее использование сварочной проволоки.

Газовая смесь НН-2 (Helishield Н5). Инертная газовая смесь, состоящая из 50% гелия и 50% аргона. Наиболее универсальная газовая смесь, подходит для сварки материалов практически любой толщины.

Газовая смесь НН-3 (Helishield Н2). Инертная газовая смесь, состоящая из 70% гелия и 30% аргона, наиболее применима для сварки тонких материалов. Высокое содержание гелия предоставляет более продуктивную сварочную дугу. Использование этой смеси для сварки тонких материалов может существенно сократить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить (возможно, полностью устранить) необходимость подогрева.

В табл. 8 приведены рекомендуемые защитные газовые смеси для сварки плавящимся электродом в зависимости от типа и толщины металла, а в табл. 9 обозначения газовых смесей, принятые в Европе.

 

tabl_ds_8
Таблица 8. Рекомендуемые защитные газовые смеси для сварки плавящимся электродом.

 

tabl_ds_9
Таблица 9. Обозначения газовых смесей, принятые в Европе.

задайте вопрос
нашему менеджеру

Задать вопрос
Даю согласие получать звонки от ПЭ и согласен(а) на обработку своих персональных данных
shop

Заказать
обратный звонок

Отправить
Даю согласие получать звонки от ПЭ и согласен(а) на обработку своих персональных данных

получите образцы сварочных электродов бесплатно,
а так же полный каталог с оптовыми ценами

Поставьте галочку
на интересующую
Вас позицию
АНО-4 АНО-21 УОНИ 13/45 УОНИ 13/55
МР-3 МР-3С ОЗС-12 ПЭ ОК 46.00 ПЭ LB-52U
Получить образцы
Даю согласие получать звонки от ПЭ и согласен(а) на обработку своих персональных данных

ПРОИЗВОДИМ
СВАРОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ
ПО ИНДИВИДУАЛЬНЫМ
ЗАКАЗАМ И НЕСТАНДАРТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Отправить
Даю согласие получать звонки от ПЭ и согласен(а) на обработку своих персональных данных