Состав газов при сварке

Для работы с полуавтоматическими аппаратами MIG/MAG необходимо использовать защитные газы или их смеси. Они препятствуют проникновению в сварочную ванну атмосферной влаги и других элементов содержащихся в воздухе.

При сварке газ используется не только в качестве активного вещества. Иногда он выполняет защитную роль, оберегая расплавленный металл от нежелательного взаимодействия с внешней средой. В статье расскажем именно об этих защитных свойствах.

Открытие аргона и гелия столкнуло периодический закон с большими трудностями. Возник вопрос о размещении новых элементов в периодической системе.

Эффективность высокотемпературной обработки металлов повышают сварочные смеси защитных газов, используемых для создания защитного облака над расплавленным металлом. Специальные газосмеси использовать при сварке гораздо выгоднее, чем чистые газы. Разработано несколько стандартизированных составов, применяемых для углеродистых, низко- и высоколегированных сталей и цветных металлов.

Экспериментально доказано, что смеси повышают качество расплава, снижают количество металлических брызг, увеличивают производительность работы сварщика. Сварочные швы становятся пластичными, заметно стабилизируется горение дуги. Влияние вредных факторов снижается за счет уменьшения задымленности, улучшаются условия труда.

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:

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.

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.

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:

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.

В твердом агрегатном состоянии металлы крайне медленно вступают в химические реакции. Чтобы ускорить процесс, прибегают к их расплавлению, но для обеспечения качественного шва при сварке важно создать определенные условия.

Чем обусловлено применение защитных газов

Когда при помощи электрической дуги создают сварочную ванну, углерод, который входит в состав многих сталей, взаимодействует с кислородом из окружающей воздушной среды. Это приводит к тому, что молекулы углерода перемещаются на поверхность расплавленного металла, происходит бурление. После застывания получится пористый негерметичный шов, т.е. соединение окажется непрочным, ненадежным.

Защитные газы, изолируют расплавленные участки металлических конструкций от внешней среды. Благодаря этому:

Дополнительно охлаждается сварочный пистолет. Чтобы не допустить образования кратеров уже после окончания работ, подачу защитной смеси не прекращают одновременно со сваркой. Это связано с тем, что не до конца остывший шов все еще способен вступать в нежелательную реакцию.

Именно поэтому активные защитные газы так широко используются при проведении различных сварочных работ.

Полуавтоматическая и аргонодуговая сварки

Когда при сварке задействован полуавтомат (МИГ/МАГ), то горение дуги происходит между изделием и проволокой, которая поступает с катушки непрерывно. Благодаря этому можно реализовать достаточно длинные швы. Напряжение подается через токосъемный наконечник. Одновременно из сопла горелки, которой управляет мастер, в направлении сварочной ванны поступает газ. При этом нет необходимости постоянно менять электроды. Этот способ не только практичен для электросварщика, но и отличается хорошей производительностью.

Инверторный сварочный аппарат используют при аргонодуговой технологии (ТИГ). Она позволяет, хоть и не так быстро, как полуавтоматическая, надежно соединять металлы минимальной толщины. Здесь вместо проволоки используется вольфрамовый электрод. Он не расплавляется, а значит, есть возможность поддерживать воздушный зазор. Изделия до 0,2 см толщиной сваривают путем расплавления кромок. Если принципиально важно достичь высокой прочности соединения, то вносят различные присадки. Защитная смесь также подается горелкой, которой манипулирует мастер.

Хотите получить консультацию?

Позвоните нам по телефону!

+7 (495) 532 17 17 Пн.-Пт. с 9:00 до 18:00, обед с 13:00 до 14.00, Сб. с 9.00 до 15:00

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.

Применение смесей

Бескислородные смеси выбирают при скоростной проходке и сварке цветных металлов. Они дают великолепные чистые швы с гладким профилем, окисление поверхности незначительное, обеспечивают низкий уровень армирования и обеспечивает высокую скорость проходки. Придают стабильность электрической дуге при соединении материалов толще 9 мм, снижают вероятность появления дефектов шва.

При подаче газовой смеси полуавтоматом снижается скорость подачи проволоки, быстрее нагревается горелка. Приходится корректировать режим работы, подбирать массивные головки. Для качественной работы со смесями необходимы профессиональные навыки.

При выборе готовых сварочных газовых смесей с кислородом учитывают особенности составов. К-2 считается идеальным для черных и низколегированных сталей. Другие разрабатывались для металла различной толщины, глубокого провара и сварки тонкостенного листа, профиля без деформации. Кислородосодержащие составы применяются для коротких и длинных швов, реставрационной наплавки изношенных деталей. Могут использоваться повсеместно: для роботов-автоматов, ручной, полуавтоматической сварки во всех пространственных положениях. Выбирают специальные составы для профилированного проката из сортовых сталей, для наплавки.

Для работы со сварочными смесями нужны профессиональные навыки

При ручной сварке важно соблюдать расстояние от заготовок до сопла. Необходимо постоянно поддерживать расстояние в пределах 15–20 мм от стыка, чтобы не допустить непроваров. Горелка размещается под прямым углом. Следует учитывать, что кислородные смеси увеличивают текучесть расплавленного металла, при работе в потолочном и вертикальном положении возможны проблемы.

Сварочная смесь аргона и гелия

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

Данная комбинация в полной мере реализуются преимущества обоих газов:

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.

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.

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.

Классификация защитных газов

Различают активные, инертные газы и их смеси. Оптимальный вариант выбирают в зависимости от условий, свариваемых материалов, требований к полученному соединению.

Не растворяются в металле, не вступают в химические реакции. Поэтому их используют при работе с различными легированными сталями, сплавами алюминия, магния, т.е. с химически активными материалами.

Чаще всего при MIG/MAG и TIG сварках благоприятную среду создают при помощи:

Могут использоваться и комбинированные составы.

Представители этой группы, наоборот, взаимодействуют с обрабатываемым расплавом, растворимы в нем. Для работы со сталями применяют углекислый газ, но т.к. он активен к вольфраму, его используют только при полуавтоматической сварке.

Другие распространенные активные вещества — это водород и азот. Но надо учитывать, что некоторые из них вступают в реакцию только с определенными металлами. Так азот — подходит для черных сталей или алюминия.

Популярна смесь аргона и углекислоты (по 80 % и 20 % соответственно) для черных металлов при МИГ/МАГ сварке. Она стабилизирует сварочную ванну, горение дуги, сокращает разбрызгивание, улучшает плотность соединения.

Углубить провар можно в газовой среде такого состава: 40/35 % гелия и 60/65 % аргона.

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.

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:

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:

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.

Выбор защитного газа для сварки

Правильный выбор защитного газа — большой вклад в качество полученного шва и его прочность, а также возможность сократить время проведения работ.

В таблице ниже приведены рекомендуемые агенты в зависимости от состава свариваемых конструкций.

Это не окончательный перечень используемых профессионалами газовых сред. В каждом конкретном случае определяется оптимальное соотношение компонентов. Должен учитываться и вид переноса — импульсный, струйный, с короткими замыканиями.

Кроме этого, выбор влияет на расход материалов, способ исправления дефектов, вид последующей обработки шва.

Мы поставляем газовые смеси для сварки, пищевой промышленности мелким и крупным оптом. Производство оснащено современным оборудованием, а при хранении, транспортировке строго соблюдаются требования безопасности. Качество подтверждается сертификатами и нашим многолетним опытом на рынке.

Смеси газов

Для сварки используют 4 газообразных бесцветных вещества, вытесняющие из рабочей зоны:

Вытеснение газовоздушных компонентов происходит за счет высокой плотности защитных газов, они формируют малоподвижное облако. У всех сварочных смесей газов удельный вес больше, чем у воздуха. Концентрация компонентов подбиралась экспериментальным путем, учитывалось влияние газов на режим сварки. Смеси на основе аргона значительно расширяют возможности сварки, повышают эффективность работы сварщиков. Минимизируют риски образования дефектов в сварочных швах.

https://youtube.com/watch?v=CFOO2HP3hj4%3Ffeature%3Doembed

Аргон и углекислый газ

Для сваривания цветных металлов, профиля и проката из высоколегированных сталей используется сварочная смесь аргона и углекислоты. Аргон снижает активность углекислоты, а CO2 увеличивает теплопередачу аргона. Сварка углеродистых и низколегированных сталей в защитном облаке Ar+CO2 намного эффективнее, чем в каждом отдельном газе. При концентрации углекислоты в пределах 20% толстостенные металлические конструкции провариваются даже при сильной загрязненности поверхности.

Аргон и кислород

Состав применяют для сваривания низколегированных и легированных никелем сталей. При небольшой концентрации кислорода удается избежать пористости швов, аргон препятствует образованию окислов. Комбинация Ar+O2 применяется с различными видами сварочной проволоки, расширяет возможности сварочного процесса за счет повышения энергии дуги, стабильного горения. Металл быстрее проваривается. Формируются ровные шовные валики при равномерном прогреве присадочного прутка. Прочность соединения увеличивается за счет расширения диффузионного слоя.

Аргон и гелий

Инертные газы сочетают в разных пропорциях. Самые распространенные составы 7:3 и 1:1. Композиция Ar+He используется при работе с различными металлами:

Смесь инертных газов исключает образование окалины, трещин, раковин. Часто применяется в наукоемких отраслях для автоматической сварки, где требуется высокое качество швов.

Аргон и водород

Комбинация Ar+H разрабатывалась для соединения сталей с аустенитной структурой, обладающих жаропрочностью. Смесь обеспечивает эластичность швов, процент водорода зависит от марки стали, львиную долю композиций составляет аргон, формирующий плотное защитное облако.

Аргон и активные газы

Концентрация углекислого газа в подобных газосмесях не превышает 20%, кислорода – 2%. При работе с тонкими видами проката и профиля снижают концентрацию углекислого газа, увеличивают содержание кислорода для быстрого прогрева заготовок в месте соединения. При работе с толстыми деталями  повышают содержание углекислого газа. Для работы с медными сплавами в композицию вводят незначительное количество азота.

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.

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:

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

Подбор сварочной смеси для полуавтомата

Присадочная проволока выпускается без защитного покрытия, в полуавтоматах предусмотрена подача защитных газов. Их смешивают с расчетом, чтобы создавалась нужная температура горения, при которой металлические заготовки и проволока не слишком быстро расплавлялись. При рациональном подборе газосмеси для полуавтоматической сварки упрощается процесс формирования швов.

Таблица выбора газосмеси для различных сплавов:

При использовании вольфрамового электрода и проволочной присадки применяют составы из двух инертных газов:

Компонентный и количественный состав оказывает влияние практически на все параметры и режим сварки металлов.

Свойства и назначение

Сварочная смесь, создающая защитное облако над ванной расплава способна оказывать на процесс сварки как положительное, так и отрицательное воздействие. Инертные газы ведут себя по-разному:

Каждый отдельный газ обладает уникальными свойствами, в смеси они нивелируют отрицательное воздействие отдельных компонентов, усиливают положительное влияние. Составы подбирались методом проб и ошибок с целью повышения качества швов и скорости сварки.

В смеси защитные газы намного эффективнее защищают ванну расплава, снижают вероятность образования дефектов.

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:

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:

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.

Сварочная смесь или углекислота?

Чем лучше варить, специалисты решают самостоятельно, учитывая прочность соединений, затраты на расходные материалы. Для изоляции расплава, образуемого в процессе сварки, можно использовать инертные газы аргон и гелий, углекислоту или сварочную смесь. С введением инертных газов, которые не взаимодействуют с расплавом, в активные, снижается способность углерода растворяться в жидком металле. СО2 – активный газ, при использовании в чистом виде он насыщает стали и цветные металлы.

https://youtube.com/watch?v=SHOz3rkHEPA%3Ffeature%3Doembed

Преимущества применения газосмеси:

Достоинства сварки в атмосфере углекислого газа:

Производительность сварочных работ при использовании специальных смесей, защищающих ванну расплава от окисления, повышается на 50%, при этом потребление электроэнергии не увеличивается.

Самостоятельное смешивание газов

Теоретически смесь можно приготовить непосредственно на рабочем месте, на сварочных участках предусмотрены специальные посты с установкой ротаметров – аппаратов, контролирующих расход компонентов за единицу времени из каждого баллона. По показателям ротаметров с помощью редукторов регулируют состав газовой смеси, подаваемой к рабочим местам сварщиков.

При работе с несколькими баллонами одновременно состав сварочной смеси не будет идеальным. Делая газосмеси самостоятельно невозможно добиться точного процентного содержания компонентов до десятых. Обязательно увеличится расход газов и, соответственно, присадки.

Защитный сварочный газ – оптимальная смесь, используемая при термической обработке металлов. Готовые составы заказывают у специализированных поставщиков или непосредственно на заводах-изготовителях.