Смесь технических газов для сварочных работ на основе аргона. Газ для сварки полуавтоматом

Полуавтоматическая, или, как её ещё называют, механическая сварка в основном исполняется проволокой, а газ защищает как расплавленный металл, так и сварочную дугу. Через сопло, которое располагается на горелки, направляет подаваемое защитное вещество в сварочную ванну.

Для выполнения соединения черного металла в большинстве случаев применяется углекислота. Газовые смеси для таких целей употребляются реже. В них могут входить как инертные, например, аргон, так и активные — кислород.

В зависимости от газа, который применяется во время сварного процесса, определяется называнием:

Разберемся в подробностях на каждом из этих газов.

Инертные газы для сварки

Инертные газы — это вещества, которые не могут вступить в химическую реакцию и не создают новые соединения в расплавленных металлах. Используются для уменьшения разбрызгивания во время сварки и улучшения качества шва. К ним причисляют аргон, гелий и их смеси.

Аргон Ar

Данный вид защитного газа используется для полуавтоматической сварки. Обычно применяется первого сорта для выполнения сварочных работ с металлоконструкциями изготовленные из алюминия или стали. Содержит примеси азота до 0.005%-0.009% и кислорода до 0.001-0.002%.

Аргон обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны, дуги и зоны термического влияния. Тяжелее воздуха в 1.39 раза. Ни запаха, ни вкуса газ не имеет. Не может гореть, не является токсичным. Однако некоторые сварщики все же боятся применять его, утверждая, что он вредит здоровью.

Высший сорт использую только для соединения цветных металлов по типу титана, алюминиевые и хромоникелевые сплавы. Из добавок только N2 с содержанием в 0.0055 — 0.006% и O2 0.0006 — 0.0007%. Цена на него будет выше, чем на первый сорт.

Гелий He

Редкий представитель инертных газов, ввиду того что он редко встречается в магазинах. Является самым дорогим защитным веществом. Да и его расход довольно большой из-за своей особенности — он легче воздуха. Бесцветный, не имеет запаха.

Существует 2 сорта:

Благодаря гелию глубина плавление металла увеличивается в 1.7 раза, если сравнивать сварку с применением аргона. Всё это происходит из-за сильной степени ионизации дуги, которая начинает гореть на повышенных температурах.

Используется только при сварке активных и чистых(без каких либо примесей) сплавов. Обычно продается в виде смеси с аргоном или углекислотой.

Активные газы для сварки

Активные газы — это вещества, защищающие сварочную ванну от проникновения вредных веществ из окружающего воздуха, а также вступающие в химическую реакцию с соединяемыми сплавами или растворяясь в нем для формирования более спокойной дуги и способствованию равномерному распределению материала.

Углекислый газ CO2

Данный вид защитного газа является более тяжелым, чем воздух. Этот фактор благоприятно сказывается на сварку так как позволяет уменьшить расход газа по сравнению с гелием. Однако всё же лучше его использовать в хорошо проветриваемых помещениях, иначе будет скапливаться в низменностях. Прозрачный, запах отсутствует, но на вкус слегка кислый. Во время использования можно услышать характерный треск.

Углекислота встречает в трех сортах:

• Первая. Около 0.5% добавок;
• Высший. До 0.1-0.2% и используется для сварки стали на ответственных конструкциях.

Азот N2

Газ в основном применяется исключительно для сварки меди, так как азот является инертным по отношении к ней. Для большинства остальных металлов он считается как активным веществом, который будет во время сварных работ образовывать дефекты шва растворяясь в нем. Бесцветный, не имеет запаха и вкус, не токсичен.

Выпускается в четырех сортах:

Кислород O2

Кислород в сварке используется только в виде смеси другими с инертными газами, чистым не применяется. Не является горючим, но способен поддерживать горение. Без цвета, запаха и вкуса.

Выпускается в трех сортах:

Сварочная смесь для сварки

Смесь, состоящая из 97% аргона и 3% кислорода. Такая комбинация позволяет проводить более стабильную сварку. Сплав в сварочной ванне становится более жидким. Металл начинает переноситься мелкими каплями, благодаря чему количество брызг сокращается к минимуму во время сварного процесса и уменьшается потребление проволоки. Шов получается более ровным и доброкачественным.

Аргон и гелий

Данная смесь имеет в своем составе 50% аргона и 50% гелия. Иногда продаются в соотношении 60% на 40% соответственно. Используется для создания защиты сплава от вредных веществ из окружающего воздуха. Применяют для соединения цветных металлов, например, алюминия, титана и т.п.

Аргон и углекислота

Именно эту смесь с соотношением 75% аргона и 25% углекислого газа чаще всего выбирают для соединения углеродистой, низко и среднелегированной стали, а также нержавеющей. Отлично оберегает сварочную ванну от вредных веществ.

Сварка сопровождается небольшими брызгами расплавленного металла. Плавное формирование мелкочешуйчатого шва. Данный вид очень хорошо себя зарекомендовал высокопроизводительного и высококачественного сварного процесса.

Кислород и углекислота

Эта смесь имеет в своём составе около 70% углекислоты и 30% кислорода. Данный вид редко применяется на практике так как сварочный шов получается немного лучше и отсутствует треск по сравнению с чистым углекислым газом. Подходит только для соединения черных металлов (углеродистых конструкционных, а также некоторых легированных).

Расход газа при сварке полуавтоматом

Количество потребляемого газа при выполнении сварочных работ полуавтоматом зависит от этих факторов:

• Сквозняк и ветер. Если сварочные работы происходят в местах, где присутствует сквозняк или ветер, то газ будет просто сдуваться. Для того чтобы избежать такой ситуации, необходимо увеличить давление подачи газа, тем самым увеличив его расход в несколько раз. Именно из-за этой особенности не рекомендуется работать рядом проветриваемым местом или в ветреную погоду;
• Особенности газа. Газы, которые легче воздуха, например, гелий, могут просто улетучиться, что довольно сильно сказывается на расходе защитного вещества. Решением такой проблемы может стать сварка в специальной камере, где вместо воздуха используется гелий, или применение козырька;
• Особенности соединяемых металлов. Чтобы достичь высококачественный шов для некоторых цветных металлов и их сплавов может потребоваться высокий расход газа, приравнивая шанс попадания вредных веществ из атмосферы к нулю;
• Тип соединения. В зависимости от типа соединения определяется потребляемое количество защитного газа. Это можно заметить на деталях, где нужно сделать сварка большой глубины или с двусторонней разделкой кромок;
• Толщина соединяемых деталей. Чем толще будут соединяемые детали, тем больше нужно будет израсходовать газа для защиты сварочной ванны крупных размеров.

Область применения

Как уже говорилось, защитный газ употребляется во время сварки, чтобы предотвратить попадание в сварочную ванну вредных веществ из окружающего воздуха. В 80% сварной работе полуавтоматом применяется именно газ, остальные 20% — это применение порошковой проволоки.

Данные аппараты являются обладателями довольно широкой областью применения. На всё это повлияло на удобное использование во время проведения сварочного процесса и хороший процент производительности. С их помощью можно варить как тонкие металлы в автосервисах, так и конструкции с крупногабаритными деталями на производстве.

Там дела обстоят иные. Швы имеют большую длину, а металлы толще в несколько раз. Здесь полуавтомат просто необходим, потому что дуговая сварка получится дорогостоящей и будет отнимать время для замены израсходованного электрода.

По большей части разница здесь будет только в использовании самих аппаратов. В СТО обычно в ход идут более дешевые модели, в тот момент времени как на предприятии будут применяться уже профессиональное оборудование с синергией, которое стоит намного дороже, но компенсируется высокой продуктивностью и качественным швом.

Какой газ используют для сварки полуавтоматом — критерии выбора

Теперь, когда узнали области применения газа, теперь можно поговорить и о критериях выбора. На необходимое правильно выбранное защитное вещество влияют следующие особенности:

• Марка материала детали;
• Ответственность соединения;
• Экономические показатели.

В основном для выбора защитного вещества большое влияние имеет именно марка изделия.

Инертные газы подходят как для цветных, так и для черных металлов, но для низкоуглеродистой и низколегированной стали лучше использовать углекислоту или её примесь с аргоном либо эту же смесь с добавлением гелия. Иначе использование на таких металлах инертного вещества будет не очень то и выгодно, по причине довольно высокой цены.

Смесь углекислоты и аргона отлично подойдет для сварки нержавеющей стали.

Чистый аргон, а также его смесь с гелием, позволяют варить цветные сплавы. Без примесей гелий применяется очень редко причиной этому стала цена.

Также медь можно сварить и в среде азота. Для цветных же металлов лучше не применять смеси, которые содержат углекислоту либо кислород. Иначе шов станет пористым и не сможет соединить заготовки.

Таблица с применением газов и примесей в зависимости от металла или сплава.

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.

Газы и сварочные смеси по ГОСТ Р ИСО 14175

Смеси газовые, указанные в ГОСТ Р ИСО 14175 имеют собственную классификацию и обозначение. Рекомендуем обратить внимание на то, что газы и их комбинации, указанные в данном стандарте предназначены не только для сварки, а еще для резки и пайкосварки.

Газы и газовые смеси, в зависимости от реакционной способности, имеют следующую классификацию по группам:

• I — инертные газы и их смеси
• M — окислительные смеси, с кислородом (М1) или диоксидом углерода (М2) или оба газа вместе (М3)
• C — сильный окислительный газ или сильные окислительные смеси
• R — восстановительные газовые смеси
• F — химически пассивный газ или восстановительные газовые смеси
• N — малоактивный газ азот или восстановительные газовые смеси на основе азота
• O — кислород
• Z — газовые смеси, которые содержат компоненты, не указанные в стандарте или имеющие химический состав, выходящий за пределы диапазонов

Каждая группа газов, кроме группы Z, в зависимости от процентного содержания дополнительных газов, входящих в состав, имеет собственные подгруппы, которые обозначаются цифрами.

Классификационное обозначение газов и газовой смеси согласно ГОСТ Р ИСО 14175

ГОСТ Р ISO 14175 устанавливает требования о наличии в обозначении не только указание групп, но и дополнительное определение объемной доли компонентов (в процентах), входящих в сварочную смесь.

Компоненты имеют следующее обозначение:

• He — гелий
• Ar — аргон
• C — двуокись углерода
• H — водород
• N — азот
• O — кислород

Теперь, когда все более или менее понятно, можно приступить непосредственно к примерам обозначений.

Пример 1. Газовую смесь, содержащую 15% гелия (He), остальное — аргон (Ar), обозначают следующим образом:

Пример 2. Смесь в составе которой 3% углекислого газа (C), 0,5% водорода (H) и остальное аргон (Ar) имеет обозначение:

Пример 3. Газовая смесь, состоящая из 10% углекислого газа (C) и 3% кислорода (O), а остальное аргон (Ar) обозначается:

Пример 4. Сочетание 40% углекислоты (C), 5% кислорода (O) и аргона (Ar) обозначают:

ISO 14175-M33 — ArCO-40/5

Пример 5. Смесь из углекислого газа (C) 2% кислорода (O) обозначают:

Пример 6. Сочетание аргона и 5% водорода имеет обозначение:

Пример 7. Смесь из аргона (Ar) и 3% азота (N) обозначают:

Пример 8. Кислород имеет обозначение:

Пример 9. Газовая смесь из аргона (Ar) и 0,35% гелия (He) обозначается:

Пример 10. Газовая смесь из аргона (Ar), 1% кислорода (O2) и 5% азота (N) обозначается:

Пример 11. Сочетание гелия (He) и 0,04% ксенона (Xe) согласно ГОСТ Р ИСО 14175 имеет обозначение:

Понятное дело в стандарте есть требования к чистоте газов и допустимые отклонения по процентному содержанию компонентов в газе, но мы не будем останавливаться на этом детально, а лучше напишем о том, что должно быть на маркировке газового баллона.

Как выбрать газ для сварки?

Сварочные смеси с активными газами применяют для сварки полуавтоматом (MAG). Cмеси инертных газов применяются как для полуавтоматической сварки (MIG), так и для сварки неплавящимся электродом (TIG). В очень редких случаях смеси с азотом применяют для сварки неплавящимся электродом.

Применение двух- или трехкомпонентной сварочной смеси определяется толщиной свариваемого изделия, его химическим составом и требованиями к качеству сварного шва. Выбор оптимального сочетания газов зависит от требуемого характера переноса металла, вида сварки и оптимизации характеристик электрической дуги. Трехкомпонентные сварочные смеси применяют очень редко.

При выборе защитного газа необходимо учитывать толщину и тип свариваемого металла, положение при сварке, разряд сварщика и требования к качеству сварного шва.
Оптимальным считается вариант, когда при требуемом качестве сварного соединения необходимы минимальные затраты. Некоторые защитные газы, подобно аргону и гелию, достаточно дорогие, что ограничивает их широкое применение. К дополнительным затратам необходимо отнести и стоимость баллонов и их заправки. При выполнении сварки на открытом воздухе ветер и атмосферные осадки будут вынуждать увеличивать расход газа. Поэтому к выбору защитного газа необходимо подходить комплексно и учитывать множество факторов.

Для того, чтобы помочь правильно выбрать газ для сварки, в таблице ниже приводятся основные характеристики газовых смесей для сварки полуавтоматом (MIG, MAG, GMAW) и неплавящимся вольфрамовым электродом (TIG, GTAW).

Газовая смесь для сварки полуавтоматом (GMAW, MIG, MAG)

В таблице ниже представлены смеси для сварки полуавтоматом в зависимости от типа материала его толщины и состояния поверхности.

Газовая смесь для сварки порошковой проволокой (FCAW)

Сварка порошковой проволокой может осуществляться без газа, но данный способ рекомендуется использовать только в исключительных случаях и только на открытом воздухе т.к. газы выделяемые в процессе сварки очень вредны для здоровья сварщиков. При наличии выбора, предпочтение необходимо отдавать только сварке порошковой проволокой полуавтоматом в защитном газе. Ну а какой состав газов выбрать поможет таблица ниже.

Смеси защитных газов для сварки неплавящимся электродом (TIG, GTAW)

Для сварки неплавящимся электродом применяются только инертные газы, поскольку вольфрамовый электрод вступая в химическую реакцию с активными газами окисляется и разрушается. Для сварки нержавейки, в редких случаях, в составе газов используют водород.

В качестве небольшого заключения хочется сказать, что однозначно сварочные смеси имеют значительные преимущества и современное производство немыслимо без их использования. В данной статье предоставлено предостаточно информации, чтобы подобрать оптимальное сочетание газов как для сварки полуавтоматом, так и для сварки вольфрамовым электродом. А благодаря пониманию того, что от процентного содержания того или иного газа зависит не только поведение дуги во время сварки, но и химический состав и механические свойства сварного шва, инженеры и сварщики смогут более аргументированно подойти к выбору оптимального соотношения состава газов.

Какой газ необходим для сварки полуавтоматом черного металла?

Качество сварочного соединения зависит не только от профессиональных качеств работника, но и условий выполнения работ. Идеальный шов требует взаимодействия присадочного материала и электрода без дополнительных элементов окружающей среды. При сварке в автоматическом режиме данную функцию выполняет флюсовое покрытие электрода. Роль человека сводится к выбору направления движения дуги и регулировке силы тока.

Работа в полуавтоматическом режиме дает больше свободы. Сварочная проволока не имеет защитного покрытия, потому работа ведется в среде защитных газов, с ручной регулировкой скорости подачи присадочного материала. Таким образом, полуавтоматический режим более требователен к квалификации сварщика, который, обладая необходимыми навыками, добьется лучшего качества спайки, по сравнению с автоматическим режимом. Вот чем отличаются сварка автомат и полуавтомат.

Влияние на процесс

Газы для сварочного полуавтомата призваны защитить зону спайки от внешнего воздействия. Кроме того, применение газа положительно влияет на чистоту шва, уменьшая шлаковую составляющую и снижая вероятность появления трещин, за счет увеличения скорости и глубины проплавления.

Применение всех видов сварочных проволок, за исключением самозащитной, подразумевает использование защитного газа. Полуавтомат – оборудование опытных специалистов. С его помощью выполняется тонкая работа соединения цветных и черных металлов, кузовной ремонт транспортных средств и промышленное соединение тонкостенных элементов. Какой нужен газ для сварки полуавтоматом, будет рассмотрено ниже.

Какой газ нужен

Чтобы выбрать, каким газом пользоваться при сварке полуавтоматом, необходимо иметь представление о физических и химических свойствах газа. Выделяют три основные категории:

Рассмотрим их подробнее.

Ацетилен

Данное органическое соединение получило наибольшее распространение. Газ легче воздуха, бесцветный, имеет специфический запах, отличается высокой температурой горения, из-за чего используется при газовой резке металлических изделий.

Для промышленного производства ацетилена применяют специальные генераторы, в которых карбид кальция взаимодействует с водой.

Единственный недостаток – сложность в хранении, поскольку карбид углерода легко впитывает влагу из атмосферы, что создает дополнительные неудобства.

Широко применяется для соединения алюминиевых изделий и плазменной резки нержавейки. Газ не имеет цвета и запаха. Взрывоопасен. При соединении с воздухом или водой образует гремучую смесь. Его получают путем синтеза воды, при разделении кислорода и водорода в специальных генераторах. Согласно нормативно-правовым актам по технике безопасности, водород запрещено хранить в баллонах под давлением, которое превышает 15 МПа.

Коксовый

Побочный продукт коксохимической промышленности, который образуется при производстве кокса. Газ бесцветный с резким запахом. К его хранению не предъявляют таких жестких требований, как к водороду, несмотря на то, что газ относится к категории взрывоопасных. Транспортировку газа выполняют с помощью трубопроводных магистралей. Не получил широкого распространения, ввиду специфики производства. Применяется только в промышленных районах.

Природные

Представители органической группой углеводородных соединений – метан, пропан и бутан. Отвечают всем требованиям, предъявляемым к сварочным газам. К преимуществам относятся распространенность данного вида, а также относительно невысокая стоимость. Требования к условиям хранения не отличаются строгостью – допустимо хранение баллонов на улице, при сооружении специальной клетки с навесом. Искусственный синтез невозможен. Добывается только из природных месторождений.

Пиролизный

Данный вид выгодно отличается от своих собратьев – его не нужно генерировать, поскольку пиролизный газ выделяется при распаде нефтепродуктов. Перед использованием его подвергают предварительной очистки, ввиду излишней химической активности, которая может привести к коррозии горелки. Подходит как для сварочных работ, так и для резки металлоконструкций.

Чистые

К данной группе относятся следующие газы:

• Аргон. В чистом виде используется только при аргонодуговой сварке. Входит в состав разнообразных смесей, в качестве одного из компонентов. Химическая инертность делает аргон оптимальным выбором при работе с тугоплавкими материалами. Отличается низкой теплопроводностью и потенциалом ионизации.
• Гелий. Еще один представитель химически инертной группы. По сравнению с аргоном, обладает большей теплопроводностью и потенциалом ионизации.

Отличительная особенность данного газа в том, что его разрешено применять без добавления инертных газов.

Газы, используемые как компоненты смеси

Наиболее известным добавочным компонентом является кислород. Высокая химическая активность влияет на процентное содержание в смеси – его массовая доля редко превышает 7-10 %. Смесь аргона и кислорода обладает специфическим характером проплавления.

Сварочный шов, выполненный с применением данной смеси известен как «шляпка гвоздя», названный за счет внешнего сходства. Известны трехкомпонентные смеси, в состав которых входит кислород, аргон и углекислота, с различными пропорциями, в зависимости от характера работ.

Азот не получил широкого распространения, в качестве защитного газа. В основном его применяют для соединения меди и нержавейки, поскольку он не вступает в реакцию с данными металлами.

Газовые сварочные смеси и рекомендуемая область их применения.

Новичку порой сложно выбрать, какой баллон нужен для полуавтомата, не говоря о газовой смеси. Опытные специалисты рекомендуют обращать внимание на предельный показатель температуры и количество тепла, которое выделяется при горении газа. Сравнительные характеристики сварочных газов находятся в свободном доступе.

Особенности выполнения

Сварка в среде защитного газа имеет следующие особенности, которые требуют внимания:

• Параметры работ. Подбираются индивидуально для каждой конкретной ситуации. Получить качественное соединение возможно только при условии грамотного сочетания следующих параметров: мощность, тип проволоки, скорость подачи, расход газа.
• Температурный режим. Рабочая плоскость металла нагревается и охлаждается длительный промежуток времени. При соединении некоторых типов поверхности, например, стальных или медных, возможно регулировать температурный режим, путем изменения угла наклона дуги.
• Выбор газа. Существует два способа выполнения работ. В первом случае необходимо использовать углекислоту без добавления каких-либо примесей. Второй вариант – применения различных смесей на базе аргона или других инертных элементов.
• Характер работ. Основное предназначение баллонов – стационарная работа в условиях мастерской. Использование резервуаров с высоким давлением на открытой местности сопряжено с определенными неудобствами.

Схема подключения баллона с углекислотой к газовой магистрали.

Технология работы с применением углекислого газа не имеет принципиальных отличий от деятельности, с использованием прочих газовых смесей. Самое главное – соблюдать технологические требования.

Преимущества

Не зависимо от типа газовой смеси, ее применение имеет ряд преимуществ:

• Качество соединения. Физические свойства шва гораздо выше, по сравнению с использованием автоматического режима. Малое количество брызг в процессе соединения.
• Производительность труда. Эффективность работы повышается благодаря сокращению времени нагрева металла, что в конечном итоге сокращает трудозатраты.
• Стабильная дуга. Существенно облегчает работу. Дополнительным преимуществом является практически полное отсутствие дыма.

Для автомобильного ремонта

Появление бытовых полуавтоматов позволило производить кузовной ремонт автомобиля практически в любом гараже с подключением к сети. Сварка в среде углекислого газа обладает следующими преимуществами:

• Технологическая простота – основы работы с полуавтоматом доступны пониманию широкому кругу лиц;
• Низкая цена углекислоту оказывает положительное воздействие на себестоимость работ;
• Низкая зона температурного воздействия сваривать изделия практически любой толщины;
• Благодаря ограниченному температурному воздействию краска вокруг шва практически не выгорает, что позволяет экономить время и средства на финишной обработке;
• Соединяемые элементы не требуют подгонки.