Все о сварке в среде защитных газов

Электрическая дуга — замечательный способ соединения металлов и сплавов. Но она не универсальна и имеет свои ограничения при использовании на открытом воздухе. Потому сварщик, не знающий о тонкостях сварки в среде защитных газов, сам ограничивает свои возможности.

Охарактеризовать главную сущность процесса сварки в среде защитных газов достаточно просто — это всего лишь оптимальный вариант уберечь соединяемую зону от вредных воздействий.

Сварка таким способом может проводиться:

• с добавкой присадочного металла;
• без дополнительных присадок;
• в инертном газе;
• в углекислом газе;
• в кислородно-углекислотной смеси различных пропорций.

Область применения защищенной газами сварки очень широка. Она включает:

• изготовление частей атомных и других электроэнергетических установок;
• получение узлов летательных аппаратов;
• сварку металлов и сплавов, которая должна быть выполнена особо чисто;
• изготовление корпусов химического оборудования;
• прокладку трубопроводов, создание емкостей для едких и агрессивных веществ;
• работу с цветным, черным и легированным металлом.

Дуговая сварка в защитном газе гарантирует отличные характеристики шва практически независимо от соединяемого металла. Сварщики могут почти не обращать внимания на толщину соединяемых конструкций. Вернее, она может учитываться при подборе режима, однако работа выполнима в принципе почти всегда.

Область теплового воздействия дополнительно сужается по сравнению с традиционной атмосферной сваркой.

Вот еще некоторые моменты:

• при работе в несколько слоев не потребуется вычищать швы;
• отпадает потребность в удалении флюса и шлака;
• возможность не учитывать пространственное размещение деталей;
• необходимость оберегать себя от света и инфракрасной радиации, создаваемого дугой;
• оперативность;
• сравнительная дешевизна;
• упрощенная автоматизация процесса.

Среди всех химически стабильных газов лишь гелий и аргон используются сколько-то широко. Прочие варианты применять экономически нецелесообразно. Аргон не будет растворяться в расплавленном металле. Его используют, чтобы работать с различными марками стали и с чистым алюминием.

Гелий дороже аргона и легче воздуха, то есть затраты будут больше. Однако именно гелий оптимально подходит для сварки очень активных химически металлов. С его помощью также соединяют алюминиевые и магниевые сплавы. Кроме того, в гелиевой среде выброс наружу энергии дуги вдвое больше, чем в атмосфере аргона.

С точки зрения сварщиков, инертным газом можно считать и азот. Вернее, его ценят за неспособность вступать во взаимодействие с медью.

Правильнее было бы называть их химически активными газами. И именно в этот разряд всегда (кроме случаев сварки медных изделий) входит и азот. Выполнение азотной сварки не предъявляет особых требований к качеству применяемого оборудования. Теоретически принято считать, что должен использоваться однофазный трансформатор.

Кислород в чистом виде сварщикам не интересен из-за своей горючести и даже взрывоопасности. Однако он является частым компонентом в специальных смесях. Углекислота применяется, когда надо сварить:

• чугун;
• стали с малым и умеренным вхождением углерода;
• стойкую к коррозии сталь слабого легирования.

Водородная атмосфера создается, когда надо варить никель и отдельные марки нержавеющей стали. Особенно привлекательно такое решение для работы с толстыми деталями. В среде водорода текучесть металла будет выше. Легче обеспечить и чистоту поверхности. Стоит учесть, что из-за водорода подчас растет хрупкость углеродистых сталей, потому его нельзя использовать, если неизвестна конкретная марка металла.

Классификацию видов дуговой защищенной сварки стоит начать с автоматической газоэлектрической разновидности. Это высшая ступень развития механизированных сварочных работ. Такой режим позволяет гарантировать идеальный контроль за ходом всего процесса. Потому его стараются использовать на промышленных предприятиях, иногда и в строительстве. Однако для частного использования это чрезмерно сложно.

Разница может быть и в применяемом инструменте. Многие сварщики пользуются неплавящимся электродом. Подобное решение приемлемо для работы с неферромагнитными веществами. Опытный специалист в этом режиме тонко чувствует глубину, на которую проплавляется металл. В сочетании с самостоятельным управлением горелкой и присадочным материалом можно исключить появление непроваренных участков и прочих отклонений сварных швов от нормы.

Зато подобный инструмент нравится энтузиастам, создающим декоративные изделия из нержавеющих сталей. Чаще всего неплавкий электрод делают из вольфрама. Но также могут применять электротехнический уголь либо графит.

Во многих случаях более предпочтительны, однако, манипуляции с плавящимся электродом. Такое решение проще, чем использование неплавящегося инструмента, и позволяет воспользоваться более дешевым оборудованием. Электрод с плавлением поможет обработать куда больше типов металла, чем его неплавкий аналог. Можно без труда работать даже в довольно труднодоступных местах. Наконец, пространственное расположение сварщика, его техники, самих деталей или конструкций можно выбирать более гибко.

Однако нельзя игнорировать и слабые стороны подобного варианта, в том числе:

• выброс наружу агрессивных и опасных веществ;
• большую сложность работы (даже опытным сварщикам приходится работать аккуратно);
• сравнительно низкую скорость;
• высокое влияние магнитных полей на дугу.

Иногда пользуются и порошковой проволокой. Ее могут применять при работе в среде углекислоты. Если свариваемые изделия должны соответствовать повышенным требованиям, иногда проводятся даже специальные испытания проволоки.

Разница между конкретными режимами может заключаться:

• в диаметре присадочной проволоки;
• в используемом напряжении;
• в темпе работы;
• в виде тока и его силе;
• в электрической полярности;
• в химическом составе газа;
• в темпе расходования газовой среды.

В подавляющем большинстве случаев применяют ручные инверторные полуавтоматы. Обязательно настраивают электричество и подбирают индивидуально необходимое напряжение. Порядок расчета использования газа зависит от масштаба производства и номенклатуры выпускаемых изделий. Обязательно надо учитывать выполнение подготовительных и завершительных операций.

Говоря про аппаратуру для газозащитной сварки, стоит указать — в подавляющем большинстве случаев применяют сварочные полуавтоматы. В них параметры дуги и скорость перемещения присадочной проволоки определяется автоматическими компонентами. Все, что непосредственно зависит от исполнителя, — скорость и направление перемещения сварочных головок (горелок).

При применении саморегулирующихся сварочных систем очень важны источники питания. Они должны иметь жесткую электрическую характеристику с пологим падением тока. Сварочные горелки могут быть прямой и изогнутой формы. В различных версиях используют водяное охлаждение либо отвод тепла воздухом. Изгиб сопла подойдет для горелки, работающей в труднодоступных местах.

Важно понимать, что защитные газы спасают только металл от порчи, но не защищают самого сварщика. Обязательно следует соблюдать требования электробезопасности, носить защитные маски, перчатки. Использовать кислород надо с особой осторожностью, учитывая его склонность к возгоранию. Все баллоны с газами должны находиться все время в вертикальном положении. Их нельзя использовать после истечения срока поверки, после падения с высоты или сильного механического повреждения.

Недопустимо использовать углекислоту бесконтрольно в узких и слабо проветриваемых местах. Для каждого типа газа применяют только подходящий вид редуктора. Перепутывание шлангов не допускается. Нельзя также подвергать их воздействию открытого огня и искр, горячих и тяжеловесных предметов.

До запуска следует проверять, исправна ли пусковая система. Шланги перед работой проверяют на герметичность. Сварщик не может исправлять недостатки оборудования до окончания работы. В закрытых емкостях и в сырых местах требуется использовать прорезиненную одежду и коврики из той же резины. Нельзя варить незакрепленные или плохо закрепленные детали, а также работать на неустойчивых поверхностях и/или при ограниченной видимости.

Профессионалы измеряют расход газа, отталкиваясь от силы тока, диаметра проволок и толщины соединяемого металла. Чтобы не касаться специальных формул, начинающим сварщикам лучше определять свою потребность в защитном газе по фирменным сопроводительным паспортам. На открытом воздухе, конечно, понадобится больше газов, чем в помещениях. Стандартная схема сварки в защитной среде позволяет применять как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды.

Комбинировать инертные и химически активные газы полезно для:

• наращивания устойчивости дуги;
• большей глубины плавления;
• эффективного изменения глубин швов;
• достижения максимальной производительности.

Сочетая аргон с кислородом (добавка 1-5%), можно легко сварить сталь с различным содержанием углерода и легирующих добавок. Обычно берут плавкий электрод. Вводя кислород, уменьшают критический ток и борются с образованием пор.

Но если надо очень быстро варить металл плавким электродом, требуется боковая подача. Экономя дорогостоящий газ, его надо подавать парой раздельных потоков. Углекислоту обычно подают снаружи. Чтобы прикрыть от контакта нагретый, но не расплавленный металл, рекомендуют использовать сопла с длинными насадками. А наиболее мощную защиту обеспечивают стационарные промышленные камеры с точно заданной защитной средой.

Готовить кромки надо точно так же, как и при других вариантах сварки. Руководствуются при этом ГОСТ 14771-76 либо ТУ на конкретные изделия. Постоянство зазора обеспечивают, закрепляя детали шарнирным способом. Угол раскрытия кромок определяется толщиной соединяемых металлов. Когда работают в углекислом газе, формируя многослойный шов, перед каждым следующим слоем нужно внимательно очищать поверхность.

Иногда стоит применять газовую подушку. Она позволит эффективнее сформировать корень шва. Подавать ли в подушку те же газы, что и в основную зону, нужно решить самостоятельно. Желательно оберегать рабочее место от сквозняков и пронизывающих ветров. Наилучший вариант в большинстве случаев — постоянный ток обратной полярности.

Как настроить давление защитного газа и его расход, смотрите далее.