Классификация вольфрамовых электродов

Вольфрамовые электроды применяют при аргонодуговой сварке (TIG).

Ими сваривают изделия из металлов и их сплавов: углеродистых и легированных сталей, меди, титана и специальных жаропрочных составов.

Так же их используют для наплавки твердых сплавов. Они подходят для работ как на постоянном, так и на переменном токе.

В данной статье мы перечислили все основные маркировки, по которым ведется классификация вольфрамовых электродов.

Их лучше использовать для сварки переменным током, при этом рабочий торец обрабатывается для придания ему сферической формы. Также нельзя допускать даже минимального загрязнения сварочной ванны. создают очень сильную и стабильную сварочную дугу. Поэтому нагрузка по току на них может быть намного больше, чем на электроды с цериевым, лантановым и ториевым покрытием.

Основные свариваемые металлы: алюминий и его сплавы, бронза и ее сплавы, магний и его сплавы, никель и его сплавы.

Применяются при сварке переменным синусоидальным током (с осциллятором). Такие электроды создают и поддерживают устойчивую дугу в любой инертной среде (лучше всего с аргоном или гелием). Из-за ограниченной тепловой нагрузки рабочий конец WP формируют в виде шарика.

Основные свариваемые металлы: алюминий, магний и их сплавы.

Этот редкоземельный металл повышает эмиссию с улучшением первоначального запуска сварочной дуги и поддерживают ее устойчивость даже при небольшом значении тока. Это универсальные электроды, которые применяются для сварки переменным током и током положительной прямой полярности.

Цериевые электроды используется при сварке трубопроводов, а так же тонколистовых стальных изделий и при сварке неповоротных стыков орбитальными автоматами.

Основные свариваемые металлы: металлы с высокой температурой плавления (молибден, тантал), ниобий и его сплавы, медь, бронза кремниевая, никель и его сплавы, титан и его сплавы. Подходит для всех типов сталей и сплавов на переменном и постоянном токе.

Обладают легким первоначальным запуском сварочной дуги и маленькой склонностью к прожигу. Устойчивая первичная дуга и отличный повторный розжиг дуги выдвигают их на первые места в промышленном применении. Оксид лантана значительно увеличивает рабочий ток, меньше загрязняют сварной шов и уменьшают износ на 50% по сравнению с обычными вольфрамовыми электродами.

Слой оксида лантана распределяется равномерно по всей поверхности, поэтому заточка сохраняется очень долго. Это является большим преимуществом при сварке черной и нержавеющей стали постоянным током прямой полярности или переменным током при запитывании от современных сварочных источников питания. Сварка переменным синусоидальным током требует шарообразной формы рабочего конца электрода.

Основные свариваемые металлы: высоколегированные стали, алюминий, медь, бронза. Подходит для всех типов сталей и сплавов на переменном и постоянном токе.

Применяются при сварке ответственных узлов и конструкций на постоянном токе прямой полярности (DC). И считаются самыми устойчивыми из всех неплавящихся электродов, известных на сегодняшний день. Иттрированые электроды делают катодное пятно на конце более стабильным, поэтому устойчивость дуги значительно повышается.

Основные свариваемые металлы: углеродистые, низколегированные и нержавеющие стали, титан, медь и их сплавы.

Это наиболее распространенные электроды, поскольку они первые показали существенные преимущества композиционных электродов над чисто вольфрамовыми при сварке на постоянном токе.

Однако торий — радиоактивный элемент низкого уровня, поэтому пыль, которая неизбежна при заточке, может быть вредной для здоровья сварщика и небезопасной для окружающей среды. Если их применять не так часто, то незначительные выделения не нанесут никакого ущерба здоровью. Но если планируется постоянная работа такими электродами, то необходимо оборудовать место хорошей системой вентиляции.

Торированные электроды хорошо работают при сварке на постоянном токе и с улучшенными источниками тока, при этом, в зависимости от поставленной задачи можно менять угол заточки электрода. Они отлично сохраняют свою форму даже на больших токах, в отличие от чисто вольфрамовых электродов, которые начинают плавиться.

В отличие от предыдущих электродов этому типу не нужно придавать сферическую форму при сварке переменным током концу — достаточно сделать совсем небольшую выпуклость. Однако следует обратить внимание на то, что в данном случае сварочная дуга будет скакать по выступающим поверхностям, вызывая так называемое «брожение». Поэтому WT-20 не рекомендуется использовать для сварки на переменном токе.

Основные свариваемые металлы: нержавеющие стали, металлы с высокой температурой плавления (молибден, тантал), ниобий и его сплавы, медь, бронза кремниевая, никель и его сплавы, титан и его сплавы.

Приведенные ниже советы для сварки неплавящимся электродом или как ее еще называют — сварка аргоном, помогут вам сберечь время, нервы и деньги на исправление дефектов и обеспечить высокое качество сварки. Соблюдение последовательности действий помогут выполнить работу в срок и избежать лишних проблем в процессе и после сварки.

• Знать какой материал предстоит сваривать
• Выбрать правильный вольфрамовый электрод
• Правильно заточить вольфрамовый электрод
• Сохранять чистоту
• Применять приспособления для сварки
• Использовать газовую линзу
• Предварительно сварить образец

В статье о сварке аргоном есть подробное объяснение почему сварку неплавящимся (вольфрамовым) электродом называют:

• TIG
• РАД
• аргонная сварка
• аргоновая сварка
• аргонодуговая сварка

Аргонодуговая сварка создает ряд трудностей, которые впоследствии влияют на качество и прочностные характеристики сварного шва, поэтому соблюдение данных семи советов существенно уменьшат вероятность попадания в затруднительную ситуацию.

Знать какой материал предстоит сваривать

Независимо от способа сварки, особое внимание необходимо обратить на марку и характеристики свариваемых деталей. Также важно знать условия, в которых будет эксплуатироваться сварной шов и конструкция в целом.

Прежде всего, данный фактор влияет на выбор правильной марки сварочных материалов, которые лучше всего подходят для данных условий.

Например, если предъявляются высокие требования к структурной однородности сварного шва с основным металлом, необходимо выбирать сварочные материалы, которые в полной мере удовлетворяют всем требованиям.

Прежде чем приступить к сварке алюминия или сварке нержавейки необходимо знать марку металла, чтобы подобрать правильные сварочные материалы. т.к. в зависимости от химического состава разные сплавы проявляют склонность к повышенной деформации и образованию трещин. Некоторые металлы и их сплавы требуют предварительного нагрева или термообработки, что оказывает влияние на выбор правильного сварочного материала.

При сварке изделий из стали 20 толщиной до 100 мм не требуется проведение предварительного нагрева, а из стали 12Х1МФ начиная с толщины 6 мм необходим предварительный подогрев изделий до минимальной температуры 200°С и последующая термическая обработка сварного шва.

Перед TIG сваркой алюминиевых сплавов неплавящимся электродом, всегда необходимо знать какую именно марку алюминия предстоит сварить, чтобы правильно подобрать сварочный материал. Обычно производители на упаковке указывают для каких марок сплавов предназначаются данные сварочные материалы.

Выбрать правильный вольфрамовый электрод

Немаловажным фактором при аргонодуговой сварке является правильно подобранный вольфрамовый электрод, проводящий сварочный ток к дуге. На правильный выбор влияют два фактора:

• толщина свариваемого металла
• величина сварочного тока

В зависимости от стандарта на изготовление электроды поставляются различных диаметров, обычно от 1 до 4 мм, и длиной 150 или 175 мм.

Согласно ISO 6848 «Дуговая сварка и резка. Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся. Классификация» электроды поставляются длинами и диаметрами, указанными в таблицах ниже.

Стандартный диаметр электродов из вольфрама и допуск (ISO 6848)

В состав электродов входит чистый вольфрам и вольфрам с активирующими присадками (редкоземельными элементами и их оксидами):

• окись лантана
• окись иттрия
• двуокись тория
• тантал
• церий

Во избежание путаницы, в зависимости от химического состава, вольфрамовые электроды делятся по цветам маркировки, которую наносят на один из концов. Требование о необходимости нанесения цветной маркировки изложные в ISO 6848 и ГОСТ 24949.

Маркировка вольфрамовых электродов по цветам согласно ISO 6848

Помимо требований международных стандартов, в ГОСТ 24949 также есть требование о классификации вольфрамовых электродов по цветам.

Маркировка вольфрамовых электродов по цвету в зависимости от химического состава согласно ГОСТ 23949

В таблице ниже указаны рекомендации по выбору типа тока в зависимости от вида свариваемого материала.

Рекомендации по выбору типа тока в зависимости от вида свариваемого металла

Каждый вариант имеет характеристики, подходящие для применения в определенных ситуациях или для РАД сварки металлов:

• алюминий и его сплавы сваривают переменным током электродом из чистого вольфрама;
• электроды, легированные церием, являются универсальными и поэтому их применяют практически для аргонодуговой сварки всех типов металлов, а с лантаном или торием применяют для сварки нержавейки, а также меди и титана, и их сплавов;
• торированные электроды обеспечивают преимущество из-за увеличения плотности выделения электронов. При этом необходимо учитывать, что они имеют небольшой уровень радиоактивности.

Правильно заточить вольфрамовый электрод

Заточка вольфрамового электрода, точнее способ и угол заточки, оказывают существенное влияние на форму дуги и ее поведение и, как следствие, на форму сварного шва и срок службы неплавящегося электрода.

Для заточки необходимо применять круги с мелким абразивным зерном (идеальный вариант – это алмазный круг). Целесообразно применять шлифовальные круги с зернистостью 40 и менее (размер абразивных части менее 400 мкм), поскольку в данном случае риски от абразива на поверхности будут менее глубокие и в процессе заточки будет стачиваться меньше драгоценного вольфрама. Глубокие канавки от абразива вызывают потери энергии и нестабильное поведение дуги. Желательно на абразивном круге, где производится зачистка не работать с другими материалами т.к. их частички могут осаживаться на поверхность электрода.

Заточку вольфрамового электрода необходимо производить в продольном (по оси электрода), а не в поперечном направлении.

Поскольку вольфрамовые электроды в процессе изготовления имеют структуру зерна, которая расположена вдоль оси и заточка в поперечном направлении является шлифованием поперек зерна. Но это является не столь существенным как тот факт, что электроны текут с большой плотностью по поверхности электрода и, если на нем канавки от заточки расположены поперек – электронам тяжелее их преодолевать. Поскольку дуга ищет места с наименьшим сопротивлением – она может возникнуть не на конце вольфрамового электрода, а в канавках от шлифования и будет вращаться вокруг заостренного конца, что в свою очередь вызывает перегрев электрода и его быстрый износ.

Если следы от абразива расположены вдоль – электроны текут равномерно к заостренному концу электрода с меньшим сопротивлением. В данном случае дуга зажигается на конце, является более стабильной и менее нагревает вольфрамовый электрод, что увеличивает срок его службы.

В процессе заточки следить чтобы металл не перегревался. Признаком перегрева является изменение цвета поверхности и показывает, что на поверхности образовались оксиды, которые имеют большее сопротивление чем вольфрам и будут препятствовать зажиганию дуги.

Угол заточки вольфрамового электрода, играет главную роль при сварке аргоном.

• тяжелее зажигание дуги;
• более узкий сварной шов;
• необходима больше сила сварочного тока;
• увеличение возможности блуждания дуги;
• возрастание глубины проплавления металла;
• дольше срок службы электрода из вольфрама.

Чем острее угол заточки <30°:

• легче зажигание дуги;
• более широкий сварной шов;
• необходима меньше сила сварочного тока;
• уменьшение возможности блуждания дуги;
• снижение глубины проплавления металла;
• меньше срок службы электрода из вольфрама.

В процессе аргонной сварки на переменном токе на конце неплавящегося электрода выделяется значительное количество тепла, которое расплавляет вольфрам, поэтому необходимо делать небольшое притупление, которое позволит сформировать шарик расплавленного вольфрама на конце.

Машинка для заточки вольфрамовых электродов позволяет выполнить идеальную заточку.

Сохранять чистоту

Чистота поверхности является важным показателем для каждого процесса сварки, но для сварки аргоном она особенна важна. Загрязненность поверхности может привести к образованию пор и, следовательно, потребует дополнительных трудозатрат на их исправление. Особенно это важно при TIG сварке дорогостоящих металлов, таких как титан, алюминий и медь.

Перед началом процесса поверхность необходимо очистить чистой, сухой и мягкой тканью с применение чистящих и обезжиривающих средств от масел, смазки и грязи. Для титана и его сплавов ткань дополнительно должна быть безворсовой и работать необходимо в нитриловых перчатках, которые устойчивы к маслам и жирам. При выборе очищающего средства обращайте внимание на то, чтобы в его составе отсутствовал хлор т.к. он может привести к проблемам со здоровьем.

Из-за высокой температуры сварочной дуги хлор испаряется и попадает в легкие сварщика.

Также важным является правильное обращение с присадочным материалом. Храните прутки (или куски, отрезанные от бухты с проволокой) чистыми, сухими и закрытыми в контейнере. Для предотвращения окисления необходимо поддерживать влажность и температуру окружающей среды в местах хранения согласно рекомендациям производителя данных сварочных материалов
Правильное хранение основных материалов является немаловажным фактором. Перекрестное загрязнение частичками другого материла лежащего рядом или при проведении зачистки в непосредственной близости к месту ТИГ сварки может вызвать образование дефектов в сварном шве. Для предотвращения загрязнения необходимо использовать предназначенные для данного типа металла специальные абразивные материалы и щетки. Необходимо иметь ввиду, что абразивная пыль титана и магния огнеопасна и может оказать пагубное влияние на свариваемость других металлов. Хранить абразивные материалы для этих металлов необходимо вдали от открытых источников огня и отдельно от других материалов.

Применять приспособления для сварки, предотвращающие образование деформаций

Правильная фиксация свариваемых деталей является важным требованием не только при сварке вольфрамовым электродом и помогает избежать многих проблем в том числе и деформирования. Чем меньше толщина свариваемых деталей, тем важнее выбор подходящих приспособлений для сборки и сварки.

Зажимайте детали в нескольких местах для предотвращения линейных деформаций и следите за соблюдением зазоров и углов применяя при этом магнитные угольники, угловые струбцины, клещи для сварки и другой инструмент.

Необходимо запастить терпением и временем для правильной сборки и фиксации деталей, имеющих сложную конфигурации. В данном случае хорошо себя зарекомендовало приспособление «третья рука», которое помогает надежно удерживать детали после сборки и в процессе сварки. Третья рука имеет множество разных конструкций и форм, но обычно это тяжелый предмет, который кладется или опирается на деталь и удерживает ее на месте для сварки.

Можно использовать специальные приспособления, которые помогают удерживать руку в процессе сварки. Использование опор для рук и локтей помогает сохранять устойчивость и уменьшает утомляемость.

Процесс подготовки может показаться трудоемким, и в некоторых случаях занимать больше времени, чем сама сварка, но он очень важен для изготовления качественной сварной конструкции.

Использовать газовую линзу

Качественная защита газом имеет прямое влияние на металл сварного шва. Использование газовой линзы для TIG горелки, которая изменяет вид потока газа из сопла (турбулентный на ламинарный) для улучшения покрытия (обволакивания) защитным газом металла сварного шва, является одним из способов обеспечения наилучшего качества сварного соединения.

Расходные материалы для газовой горелки включают в себя:

• керамическая чашка
• цанга
• колпачок

Газовая линза заменяет корпус цанги, который является стандартным в горелке TIG. Стандартная цанга обычно имеет 4 отверстия для распределения газа, а газовая линза представляет собой мелкоячеистую сетку. Поток защитного газа проходя через газовую линзу равномерно распределяется вокруг вольфрамового электрода, сварочной дуги и сварочной ванны, подобно аэратору на кране, который рассекает поток воды на множество мелких.

Газовая линза обеспечивает намного лучшую защиту расплавленного металла сварочной ванны, что является очень важным при аргонодуговой сварке таких металлов как нержавеющая сталь, титан. Также газовая линза предоставляет преимущества при сварке сталей и алюминия. Использование горелок с газовыми линзами является обязательным, когда существует необходимость повышения уровня защиты сварочной ванны или для сварки в трудностопуных местах, требующих большого вылета вольфрамового электрода. Необходимо принять во внимание тот факт, что горелки с газовыми линзами предполагают использование керамических чашек гораздо большего диаметра, чем со стандартной цангой.

Предварительно сварить образец

Чтобы убедиться, что все подготовительные операции сделаны правильно, если это возможно, необходимо произвести сварку аргоном тестового образца в идентичных условиях. Чем более ответственное является изделие и чем дороже свариваемый материал, тем важнее проводить TIG сварку тестового образца. Затратив время для этого вначале, можно избежать многих проблем в будущем, особенно для уникальных деталей или ответственных сварных швов. Применение идентичных сварочных материалов поможет понять, какое влияние оказывает изменение режимов на поведение сварочных материалов и основного металла в процессе сварки.

Сварка образца — это дополнительный шаг в подготовке, который сэкономит много времени позже, в процессе серийного изготовления изделий.

Цвет сварных швов: от чего зависит и является ли признаком дефекта

От чего зависит и является ли признаком дефекта

16 мая 2020

Результатом хорошей и профессиональной работы сварщика можно любоваться достаточно долго. Особенно интересным для созерцания является цвет сварных швов, способный принимать самые причудливые оттенки – от голубого или синего до розового или светло-желтого. При этом многих мастеров интересует, является ли цвет побежалости шва при сварке признаком производственного дефекта или же можно его считать побочным эффектом при работе с защитными газами, способным указать на качество соединения металлических делателей. В этой статье мы постараемся найти ответ на эти вопросы.

Что такое цвета побежалости?

Это цвета радуги, которые возникают на гладкой поверхности металлического изделия при образовании на ней особой оксидной пленки. Именно эта пленка, которую так же называют побежалостью, представляет собой очень тонкий слой оксида металла, толщина которого может варьироваться от нескольких миллиметров до величины всего в нескольких молекул. Являясь прозрачной, такая пленка обеспечивает процесс интерференции в ней световых лучей, что и приводит к появлению радужных цветов, а также их оттенков. Как правило, побежалость возникает при термическом воздействии на металлическое изделие, например, при термообработке стальных сплавов или же сваривании металлов.

О чем свидетельствует цвет сварного шва?

Раньше цвета сварного шва использовали для определения температуры при термической обработке стальных сплавов. При этом нужно понимать, что это весьма неточный показатель, так как цвет будет зависеть не только от самой лишь температуры, но и от других факторов, к примеру:

• скорости нагрева материала;
• того, какие компоненты входят в состав газовой среды, в которой происходит процесс термообработки;
• продолжительности выдержки стального сплава;
• особенностей освещения и прочего.

Стоит отметить, что существует четкая зависимости между получаемым цветом побежалости и толщиной самой пленки, ведь чем она будет толще, тем короче будут волны отражаемого ей света. К примеру, синие оттенки шва появляются в том случае, когда из белого «вычитают» волны более значительной длины, к примеру, оранжевые или красные. А вот желтый цвет возникает, когда из цветового спектра вычитаются цвета коротких волн – синего и фиолетового. Таким образом синий цвет побежалости свидетельствует о том, что температура нагрева является достаточно высокой, в то время как желтый указывает на более низкий температурный показатель.

В каких случаях происходит появление цветов побежалости?

Цвета побежалости проявляются при температуре нагрева от 200 до 400 градусов по Цельсию. Они возникают на так называемом участке №7 – зоне синеломкости. Если речь идет о сваривании низкоуглеродистых стальных сплавов, отличающихся высоким содержанием кислорода, азота и водорода, то именно на участке №7 происходит снижение уровня ударной вязкости, а также пластичности материала.

Интересным является и тот факт, что во многих нормативных документах появление цветов побежалости не является признаком некачественной работы или дефекта при сварке. В то же время в таких документах идет речь о том, что сама побежалость мешает проведению качественного контроля и поэтому ее рекомендуют удалять.

Тем не менее в некоторых видах технической документации для сварки металлов говорится, что побежалость все же является дефектом. Но здесь скорее всего возникает путаница, так как для некоторых типов сплавов, например, титана, появление цветов побежалости действительно можно считать дефектом, свидетельствующим о недостаточном уровне газовой защиты. Но когда речь заходит о низкоуглеродистых сталях, то побежалость никак нельзя назвать дефектом.

Что нужно знать о цветах побежалости для нержавеющей стали?

При проведении сварки нержавеющего стального сплава радужные цвета швов могут возникать при более широком диапазоне нагрева (от 300 до 700 градусов). Цвет может варьироваться от синего до светло-желтого в зависимости от степени нагрева. Но в случае коррозионностойких сталей это признак, указывающий на то, что был нарушен слой оксида хрома, выполняющий функцию защиты металлического изделия от возникновения ржавчины. Поэтому какой бы цвет сварного шва не возникал бы в этом случае, следует помнить, что в последствии может возникнуть коррозия.

Обеспечить высокое качество сварного шва сможет правильный подбор сварочного аппарата и выбор режима сваривания. Большую роль играет и качество газов, используемых для обеспечения защитной газовой среды. Ознакомиться с каталогом технических газов можно на сайте компании «ПРОМТЕХГАЗ» по ссылке https://idealgaz.ru/.

Кроме того, вас может заинтересовать наша отдельная статья, посвященная особенностям обслуживания сварочного оборудования.

Сварочные смеси применяются в сварочном производстве относительно недавно и связано это в первую очередь с высокой стоимостью отдельных компонентов: аргона и гелия. До середины 90-х годов повсеместно в странах СНГ для сварки полуавтоматом углеродистых сталей применяли углекислый газ, поскольку он тяжелее воздуха и хорошо обеспечивает защиту сварочной ванны, а для сварки алюминия и нержавеющих сталей — аргон, так как он, являясь инертным газом препятствует окислению и выгоранию легирующих элементов. Но по ряду отрицательных характеристик, однокомпонентные газы заменяются двух-, трех- и даже четырехкомпонентными сварочными смесями, чтобы полностью использовать все положительные качества каждого отдельно взятого газа.

Сварочная смесь — это простонародный термин, в нормативных документах на сварку, а точнее в ISO 14175 и ГОСТ Р ИСО 14175 используют термин «газовая смесь» поэтому в тексте будем применять оба этих наименования.

газ, состоящий из основного газа и одного или более компонентов

газ, составляющий большую часть объема газовой смеси, или единственный компонент чистого газа

Стоимость защитных газов и сварочных смесей составляет менее 10% от общей стоимости всех затрат на сварку, но это не означает, что их выбору не стоит уделять должного внимание. Правильный выбор защитного газа или сварочной смеси позволяет снизить затраты на ручной труд, а также на исправление дефектов сварных швов. Выбор защитного газа является критичным для снижения стоимости сварки углеродистых сталей, нержавеющих сталей и цветных металлов.

В настоящее время сварка в среде защитных газов является достаточно востребованным технологическим процессом. Для газопитания оборудования используют газовые баллоны с заранее приготовленной смесью, специальные смесители, а в редких случаях — специальные двойные сопла.

В качестве компонентов газовой смеси используют инертные и активные газы. Напоминаем, что к инертным газам, применяемым в сварке, относятся:

Активными газами являются:

Защитные газы и газовые смеси применяют в следующих процессах:

• сварка вольфрамовым электродом TIG
• полуавтоматическая сварка в активных газах MAG
• полуавтоматическая сварка в инертных газах MIG
• плазменная сварка
• плазменная резка
• лазерная сварка
• лазерная резка
• дуговой пайкосварки
• защиты корня шва или других вспомогательных целей

Сварочные смеси из аргона и углекислого газа

Двойные сварочные смеси аргона и углекислого газа оптимальны при полуавтоматической сварке большинства марок углеродистых и нержавеющих сталей, когда используют обычный или импульсно-струйный перенос металла.

Благодаря добавке углекислоты в аргон наблюдается снижение поверхностного натяжения жидкого металла расплавляемой сварочной проволоки, уменьшается размер, образующихся и отрывающихся от электрода капель. Расширяется диапазон токов при сохранении стабильного ведения процесса сварки. Обеспечивается лучшее формирование металла шва и меньшее разбрызгивание, лучшая форма провара и меньшее излучение дуги, по сравнению со сваркой в чистом аргоне, а также в чистом углекислом газе.

При использовании сочетания с углекислотой достигается лучшее проплавление с меньшей пористостью по сравнению со смесями с кислородом. В тоже время для обеспечения смачивания валика сварного шва требуется примерно в два раза больше углекислого газа, чем при использовании в комбинации с кислородом.

Применение газовых смесей легко позволяет реализовать режим струйного переноса металла через дугу и достичь практически идеальной формы сварного шва. Благодаря снижению значения плотности сварочного тока и, как результат, падение давления электрической дуги на сварочную ванну уменьшается вероятность образования прожога тонкостенных деталей даже при большой силе тока и скорости сварки.

При выборе оптимального состава необходимо учитывать, что при наличии углекислого газа до 35-40% интенсивно выгорает марганец (Mn), кремний (Si), титан (Ti) и некоторое уменьшение потерь углерода. Снижение потерь углерода объясняется тем, что из-за роста доли углекислоты в смеси увеличивается парциальное давление СО в газовой фазе и, как следствие, тормозится реакция окисления углерода в жидкой фазе. Повышение доли углекислоты более 40% не вызывает дальнейшего роста потерь элементов, и они становятся аналогичными сварке в чистом углекислом газе.

Сварочная смесь из аргона с 3-10% углекислого газа

Данное сочетание газов применяется для струйного переноса металла дуги или короткими замыканиями углеродистых сталей различной толщины. Она является универсальной и довольно популярной из-за того, что может успешно использоваться оба типа переноса металла. Смесь с 5% углекислоты часто применяется для импульсной сварки полуавтоматом толстостенных конструкций из низколегированных сталей во всех пространственных положениях. При наличии от 5% до 10% углекислого газа столб дуги становится жестким и имеет четкий контур. Возникающее сильное давление дуги делает ее устойчивой к окалине и позволяет хорошо контролировать ванну расплавленного металла.

Сварочная смесь из аргона с 11-20% углекислоты

На данный момент — это самая популярная комбинация газов, которую применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных положениях. Применение данного сочетания позволяет достичь максимальной производительности при сварке тонкостенных деталей в т.ч. и за счет минимального разбрызгивания.

Оптимальный считается состав 75-82% аргона (Ar) и 18-25% углекислоты (CO2). При содержании менее 15% углекислого газа и отклонении параметров режима сварки от оптимальных в швах возможно появление пор. В общем случае одного баллона стандартной сварочной смеси (18% углекислоты и 82% аргона) достаточно, чтобы уложить в шов 22-24 кг сварочной проволоки диаметром 1,2 мм.

Сварочная смесь из аргона с 21-25% углекислого газа

Данное сочетание газов применяют при необходимости сварки полуавтоматом низкоуглеродистых и низколегированных сталей с короткозамкнутым переносом металла. Первоначально ее применяли для полуавтоматической сварки сплошной проволокой диаметром 0,8 — 1,0 мм и сейчас чаще используется при сварке порошковой проволокой.

Данное сочетание имеет ограниченное применение поскольку при содержании углекислоты выше 30% процесс сварки протекает практически так же, как в чистом углекислом газе. При этом не обеспечивается надлежащее формирование сварного шва и проявляется усиленное разбрызгивание электродного металла, а проплавление узкое и глубокое. В швах с такой формой провара столбчатые кристаллиты встречаются в осевой зоне под углами, близкими к 180°. В данных местах значительно возрастает вероятность появление трещин.

Присутствие большого количества углекислоты в смеси оказывает существенное влияние на геометрические размеры швов. Например, при сварке током 100 А, напряжении дуги 25 В и введении 40% углекислоты в аргон высота усиления шва снижается с 2 до 1,6 мм, ширина шва увеличивается с 8,6 до 9,5 мм, а глубина проплавления — от 1,6 до 1,9 мм. Более заметное влияние на форму проплавления наблюдается при сварке большими токами. Снижение высоты усиления и увеличение ширины шва свидетельствует о рассредоточенном вводе тепла в основной металл. Этому способствуют процессы рекомбинации оксида углерода и кислорода, а также блуждание активного пятна дуги по поверхности сварочной ванны. В связи с присутствием в зоне дуги и сварочной ванне окиси углерода, которая рафинирует жидкий металл при своем выделении, в шве отсутствуют поры. Кроме того, на формирование шва влияет также напряжение дуги, вид переноса металла и интенсивность блуждания активного пятна дуги по поверхности сварочной ванны. Увеличение напряжения не только вызывает рост тепловой мощности сварочной дуги, но и способствует блужданию дуги (за счет удлинения дугового промежутка), а это, в свою очередь, увеличивает ширину проплавления. Вид переноса металла в основном сказывается на неравномерности проплавления дугой основного металла. При снижении диаметра капель стабилизируются размеры зоны проплавления.

Сварочные смеси из аргона и кислорода

При полуавтоматической сварке в смеси аргона и кислорода наблюдается снижение критического тока, при котором крупнокапельный перенос металла переходит в мелкокапельный, а также значительно стабилизируется сварочная дуга. Сварочная ванна остается в жидком состоянии более продолжительное время, что уменьшает вероятность образования подрезов сварного шва и улучшается форма усиления сварного шва.

Добавка небольшого количества кислорода к аргону обеспечивает такие же характеристики струйного переноса металла дуги, как и при добавлении небольшого количества аргона. Отличие в основном заключается в том, что для струйного переноса металла дуги в среде аргона с углекислотой необходим больший ток, по сравнению со смесью с кислородом.

Добавка кислорода к аргону значительно повышает стойкость шва против образования кристаллизационных трещин. При концентрации 3-14% кислорода стойкость шва против образования трещин практически одинакова, а при содержании более 14% кислорода она значительно снижается.

Кислород при определенных концентрациях улучшает стабильность дугового разряда и в тоже время способствует большему выгоранию углерода из металла сварочной ванны. Избыток кислорода в защитном газе вызывает образование пористости в металле шва, а при недостаточном содержании раскислителей в проволоке снижение прочностных показателей сварных соединений. Поэтому к аргону обычно добавляют небольшого количества кислорода от 1 до 5%.

Сварочная смесь с 1% кислорода применяется для сварки нержавеющих сталей. Данного количества кислорода обычно достаточно для стабилизации дуги, улучшение струйного переноса металла дуги и сплавления металла шва с основным металлом и как следствие улучшение внешнего вида валика сварного шва.

Газовые смеси с 2% кислорода применяют для сварки углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей. Механические свойства и коррозионная стойкость сварного шва при данном составе такие же, как и с 1% кислорода, а смачиваемость расплавленного металла шва намного лучше. Поверхность сварного шва после сварки нержавейки полуавтоматом в данной комбинации газов темнее и более окисленная.

Сварочная смесь с 5% кислорода применяется для полуавтоматической сварки углеродистых сталей. При этом, из-за повышенного содержания кислорода необходимо увеличивать скорость сварки.

Смесь аргона с 8-12% кислорода применяется довольно редко в основном для сварки углеродистых и низколегированных сталей больших толщин за один проход. При этом ухудшается формирование шва и необходимо применять сварочную проволоку с повышенным содержанием легирующих элементов, поскольку присутствие кислорода увеличивает окислительный потенциал и усиливает выгорание раскислителей.

Сочетание аргона с 12-25% кислорода имеет специальное предназначение. При её использовании ванна расплавленного металла имеет большую текучесть, а на поверхности сварного шва образуется плотная, плохо удаляемая шлаковая корка. Количество кислорода в шве при этом значительно возрастает.

Если двойная смесь содержит более 25% кислорода, то в швах появляются поры.

Сочетание аргона с кислородом, в котором содержится 3-11% О2, оптимальны как с точки зрения стойкости против образования трещин, так и по другим сварочно-технологическим характеристикам.

Сварочные смеси из аргона, углекислого газа и кислорода

Сварка полуавтоматом в смеси аргона с кислородом и углекислым газом обеспечивает более благоприятные условия кристаллизации металла шва. Форма провара в этом случае близка к треугольной, что способствует повышению стойкости швов против образования трещин. Её еще называют «универсальной» поскольку она позволяет производить сварку с короткими замыканиями, капельным, струйным и импульсными переносом металла.

Стоимость тройной газовой смеси, состоящей из аргона, углекислого газа и кислорода будет больше, чем стоимость двойной из аргона и углекислого газа. Количество ее в баллоне примерно равно количеству двойной комбинации Ar + CO2, и колеблется в зависимости от объема углекислого газа.

Тройные сварочные смеси более чувствительны к изменениям вылета сварочной проволоки и качеству подготовки поверхности. Сварочные смеси с кислородом обычно требуют более низкого напряжения дуги. Дуга менее стабильна при сварке и наплавке с высокой скоростью.

По всей совокупности сварочно-технологических характеристик оптимальным считается следующий состав тройной сварочной смеси:

• 70% (основа) — аргон (Ar)
• 25% — углекислый газ (CO2)
• 5% — кислород (O2)

При этом в производственных условиях незначительное колебание содержание газов в данном сочетании практически не влияет на стойкость шва против образования трещин.

Газовая смесь из углекислого газа и кислорода

Углекислый газ является основным компонентом данной смеси активных газов, а в качестве дополнительного компонента применяется кислород. Кислород повышает степень окисления защитного газа и увеличивает температуру жидкотекучести металла сварочной ванны. При его применении необходимо применять проволоку с повышенным содержанием раскислителей.

При применении сочетания из углекислого газа и кислорода для сварки с повышением содержания кислорода коэффициент перехода элементов значительно снижается. Особенно сильно уменьшается коэффициент перехода марганца, меньше других — углерода и хрома. При наплавке проволокой Св-18ХГСА добавка к углекислому газу 30% кислорода приводит к снижению коэффициентов перехода хрома с 0,79 до 0,64 и марганца с 0,72 до 0,45. Значительно снижаются коэффициенты перехода с увеличением расхода сварочной смеси и чистого углекислого газа.

Коэффициент перехода углерода с повышением содержания кислорода снижается в большей степени, чем с повышением расхода смеси. Это объясняется тем, что с увеличением расхода углекислоты (отдельно или в смеси) увеличивается количество диссоциирующейся окиси углерода и усиливается растворение образующегося при этом углерода.

Коэффициенты перехода отдельных элементов зависят от химического состава проволоки и увеличиваются с повышением сварочного тока и уменьшением напряжения дуги. Например, при наплавке проволокой Св-08Г2С коэффициенты перехода углерода значительно выше, а марганца ниже, чем при использовании проволоки Св-18ХГСА.

Добавка кислорода к углекислому газу оказывает ряд положительных эффектов:

• уменьшает разбрызгивание
• снижает прилипание брызг к изделию
• повышает стабильность горения дуги
• улучшает формирование шва
• уменьшает высоту усиления и чешуйчатость сварного шва
• швы имеют более плавный переход к основному металлу по сравнению со швами, выполненными в углекислом газе без кислорода
• связывает водород и уменьшает его влияние на образование пор
• снижает поверхностное натяжение сварочной ванны
• увеличивает время пребывания ванны в жидком состоянии из-за чего происходит более полное удаление неметаллических включений и лучшая дегазация металла ванны

Смесь углекислого газа с кислородом широко применяется для сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Оптимальным считается состав 70-80 % углекислого газа и 20-30 % кислорода. При данном соотношении получается ровный сварной шов без грубой чешуйчатости, обеспечивается глубокое проплавление, увеличивается плотность шва. Наряду с этим на поверхности шва образуется тонкий слой шлаковой корки, после удаления которой шов имеет серебристый цвет. При дальнейшем увеличении содержания кислорода в смеси более 30 % поверхность сварного шва имеет грубую чешуйчатость. Сварка в смеси углекислоты с кислородом возможна во всех пространственных положениях.

Основными преимуществами сварки в комбинации углекислого газа с кислородом с увеличенным вылетом электрода по сравнению со сваркой в углекислом газе и обычным вылетом являются повышение производительности процесса на 20-25 %, сокращение затрат на зачистку швов от брызг, улучшение внешнего вида и качества швов.

Сварочная смесь из аргона, углекислого газа и водорода

Установлено, что небольшая добавка водорода (1-2%) улучшает стабильность дуги и смачиваемость расплавленного металла сварного шва при сварке нержавеющих сталей полуавтоматом в импульсном режиме. В данных смесях количество углекислоты должно быть в пределах 1-3% во избежание науглераживания металла и шва, и обеспечения стабильности дуги. Применение данной смеси не рекомендуется для сварки низколегированных сталей, поскольку наличие водорода в металле шва способствует образованию трещин и ухудшению механических свойств.

Сварочная смесь из аргона, углекислого газа и гелия

Добавление гелия и углекислого газа к аргону увеличивает тепловую мощность и стабильность сварочной дуги, улучшается профиль усиления сварного шва. При сварке углеродистых и низколегированных сталей применение гелия оказывает почти такое же влияние на увеличение тепловложение и улучшение текучести сварочной ванны, как и кислород, но гелий является инертным и не способствует выгоранию легирующих элементов.

Газовая смесь из углекислого газа с 10-30% аргона и 5-15% гелия

Данное сочетание чаще всего применяют для полуавтоматической сварки углеродистых и низколегированных сталей в нижнем положении, когда необходима большая скорость сварки с максимальным проплавлением.

Газовая смесь из углекислого газа с 20-30% аргона и 60-70% гелия

Применяется для сварки с короткозамкнутым переносом металла высокопрочных сталей во всех пространственных положениях. Небольшое количество углекислоты позволяет гарантировать хорошие показатели ударной вязкости металла шва.

Газовая смесь из углекислого газа с 7-8% аргона и 90% гелия

Применяется для сварки полуавтоматом короткой дугой нержавеющих сталей во всех пространственных положениях. Минимальное количество углекислого газа необходимо для предотвращения науглераживания и обеспечения коррозионной стойкости сварного шва. Аргон с углекислотой обеспечивают стабильность горения дуги, а высокое содержание гелия — подвод тепла и более глубокое проплавление.

Сварочная смесь аргона и гелия

Сварочные смеси гелия с аргоном применяются для сварки полуавтоматом (MIG) и сварки вольфрамовым электродом (TIG) в основном цветных металлов:

• алюминий
• медь
• никелевые сплавы
• магниевые сплавы
• химически активные металлы

Данная комбинация в полной мере реализуются преимущества обоих газов:

• аргон обеспечивает стабильность дуги
• гелий — высокую глубину проплавления

Как правило, чем толще свариваемые детали, тем больше необходим процент гелия в смеси. Малое содержание гелия, меньше 20%, не оказывает существенного влияние на сварочную дугу. С увеличением содержания гелия, напряжение дуги и отношение ширины сварного шва к глубине поправления, увеличивается. При сварке алюминия в среде аргона с 20% гелия, уменьшается пористость сварного шва. Стабильное горения и струйный перенос метала сварочной дуги происходит при условии наличия более 20% аргона.

Добавление 25% гелия в аргон необходимо если требуется увеличить тепловложение и улучшить внешний вид сварного шва при сваре цветных металлов.

При необходимости увеличения скорости сварки цветных металлов толщиной менее 20 мм механизированными способами, процент гелия повышают до 50%.

Добавление 75% гелия к аргону позволяет производить сварку алюминия толщиной более 25 мм в нижнем положении.

Сочетание аргона с 90% гелия используются для сварки меди толщиной более 12 мм и алюминия толщиной более 40 мм.

Оптимальным является соотношение 35-40% аргона и 60-65% гелия.

Для сварки цветных металлов и специальных сплавов наиболее эффективна двойная смесь, состоящая из аргона и гелия, которая обеспечивает хорошее формирование швов и глубокое проплавление основного металла. При ее использовании снижается разбрызгивание и улучшается стабильность дугового процесса.

Общая стоимость комбинации газов аргона с гелием значительно ниже, чем при использовании чистого гелия.

Газовая смесь аргона с гелием и кислородом

Добавка гелия к смеси аргона с кислородом увеличивает энергию дуги при сварке цветных металлов. Довольно редко данную комбинацию применяют при сварке низколегированных или нержавеющих сталей с целью уменьшения пористости и улучшения формы сварного шва.

Газовая смесь аргона с азотом

Смеси аргона с добавление азота имеют ограниченное применение, но об этом мы писали в статье об азоте и поэтому не будем здесь повторяться.

Что лучше углекислота или сварочная смесь?

Использование газовой смеси для сварки полуавтоматом вместо однокомпонентных газов позволяет без существенного изменения технологии и оборудования увеличить производительность сварки. При этом повышается стабильность электрической дуги, улучшается текучесть расплавленного металла и перенос электродного металла в сварочную ванну.

При сварке в сварочных смесях легко реализовать все виды переноса электродного металла:

• короткозамкнутого
• струйного
• импульсно-струйного

При этом улучшается стабильность дуги, уменьшается разбрызгивание и достигается лучшее смачивание верхней части шва.

К основным преимуществам сварки полуавтоматом в смеси из аргона и углекислого газа по сравнению со сваркой в углекислоте:

Уменьшения расхода электроэнергии происходит за счет обеспечения оптимальных режимов сварки. Практические испытания показали, что напряжение дуги на 2-3 В меньше при использовании сочетания аргона с углекислым газом и на 3-5 В — при использовании комбинации аргона с кислородом, чем при сварке в чистом углекислом газе.

Повышение механических свойств металла шва при сварке в газовых смесях, объясняется меньшим содержанием неметаллических включений в шве и более благоприятным формированием его первичной структуры. Сварка в сварочных смесях позволяет также получать швы без трещин, с хорошим формированием структуры при практически полном отсутствии разбрызгивания электродного металла.

Результаты практических исследований позволяют заключить, что газовые смеси могут быть использованы для многослойной сварки высокопрочных сталей без последующей термообработки, когда необходимо обеспечить высокую ударную вязкость литого металла шва при хорошем его формировании и отсутствии разбрызгивания электродного металла.

Применение газовой смеси взамен углекислого газа приводит к сокращению времени сварки и очистки, экономии потребления электроэнергии, уменьшение удельного износа оборудования, но возрастает стоимость газа. Зато в результате замены углекислого газа на сварочные смеси на основе аргона экономия составляет 10-40% в зависимости от объемов производства.

Таким образом, эффективность замены углекислоты защитными газовыми смесями при полуавтоматической сварке сталей для промышленного производства несомненна.

Но если сварочная смесь лучше, почему же до сих пор используют углекислоту в качестве защитного газа? У всех есть свои недостатки, и у сварочной смеси — это высокая стоимость. Даже недостаток в виде повышенного светового и теплового излучения сварочной дуги не оказывает особого влияния при выборе между смесью и углекислым газом. Многие делают свой выбор в пользу более дешевых защитных газов, но в результате тратят больше средств.

Недостатки однокомпонентных защитных газов при сварке полуавтоматом

Сварке полуавтоматом в углекислом газе присущи серьёзные недостатки, в первую очередь, потери электродного металла (10-12%) на разбрызгивание, значительные трудозатраты на зачистку поверхности основного металла от брызг. Кроме того, сварные швы, выполненные в углекислом газе, имеют грубую чешуйчатость, большую высоту усиления, с резким переходом к основному металлу. При использовании чистого углекислого газа мундштук загрязняется брызгами металла, а скорость подачи сварочной проволоки меньше, чем при использовании смеси газов. Все это резко снижает эффективность процесса.

Разбрызгивание электродного металла можно устранить, если добиться струйного переноса электродных капель. При сварке в углекислом газе это возможно только при значительных плотностях тока, что затрудняет проведение сварочных работ и не обеспечивает надежного управления процессом. Снизить потери электродного металла возможно следующими способами:

• использование источников питания инверторного типа
• применение активированных сварочных проволок и с дополнительным легированием редкоземельными элементами
• использования в качестве защитной среды смеси газов на основе аргона.

Сварку полуавтоматом в инертном газе аргоне целесообразно применять при сварке нержавейки. Применение аргона в качестве защиты зоны дуги от окружающего воздуха в данном случае вызвано стремлением сократить окисление легирующих элементов, входящих в состав жидкого металла, и тем самым сохранить эксплуатационные свойства сварного соединения. Однако использование для защиты зоны сварки чистого аргона затруднено не только по экономическим соображениям (высокая стоимость газа), но и по некоторым технологическим недостаткам, проявляющимся при сварке (блужданием дуги и возможностью появления пор в корне шва). При сварке дуга издает громкий звук и имеет голубой цвет. Подвижность дуги при сварке в аргоне особенно заметна при малых скоростях плавления сварочной проволоки. Причиной считают особенности ионизации аргона. Появление пор в корне шва является следствием недостаточно интенсивного выделения газов из жидкого металла сварочной ванны.

Дополнительные трудности при сварке в чистом аргоне и в чистом углекислом газе заключаются в предотвращении прожогов в стыковых соединениях. Для исключения прожога более предпочтительно нахлёсточное соединение, так как имеется больше металла для теплоотвода.