Защитные газы для сварки: Газы, применяемые при электрической сварке плавлением Статьи

alexxlab | 11.12.2022 | 0 | Разное

Инертные и активные защитные газы, их смеси

Инертные

Не вступают в химическое взаимодействие с металлами и практически не растворяются в металлах

Аргон (Ar) – бесцветный, без запаха, негорючий, неядовитый газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. В металлах нерастворим как в жидком, так и в твердом состояниях. Выпускается (ГОСТ 10157-79) двух сортов: высшего и первого.

В газе высшего сорта содержится 99,993 % аргона, не более 0,006 % азота и не более 0,0007 % кислорода. Рекомендуется для сварки ответственных металлоконструкций из активных и редких металлов и сплавов, цветных металлов.

В газе первого сорта содержится 99,98 % аргона, до 0,01 % азота и не более 0,002 % кислорода. Рекомендуется для сварки стали и чистого алюминия.

Гелий (Не) – бесцветный газ, без запаха, неядовитый, значительно легче воздуха и аргона. Выпускается (ГОСТ 20461-75) двух сортов: высокой чистоты (до 99,985 %) и технический (99,8%).

Используется реже, чем аргон, из-за его дефицитности и высокой стоимости. Однако при одном и том же значении тока дуга в гелии выделяет в 1,5 – 2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительному увеличению скорости сварки.

Гелий применяют при сварке химически чистых и активных материалов, а также сплавов на основе алюминия и магния.

Азот (N₂) – газ без цвета, запаха п вкуса, неядовитый. Используется только для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. Выпускается (ГОСТ 9293-74) четырех сортов: высшего – 99,9% азота; 1-го – 99,5%; 2-го – 99,0%; 3-го – 97,0%.

Активные

Защищают зону сварки от воздуха, но сами растворяются в жидком металле либо вступают с ним в химическое взаимодействие

Кислород (О₂) – газ без цвета, запаха и вкуса. Негорючий, но активно поддерживающий горение. Технический газообразный кислород (ГОСТ5583-78) выпускается трех сортов: 1-й сорт – 99,7% кислорода; 2-й – 99,5%; 3-й – 99,2%. Применяется только как добавка к инертным и активным газам.

Углекислый газ (СО₂) – бесцветный, со слабым запахом, с резко выраженными окислительными свойствами, хорошо растворяется в воде. Тяжелее воздуха в 1,5 раза, может скапливаться в плохо проветриваемых помещениях, в колодцах, приямках. Выпускается (ГОСТ 8050-85) трех сортов: высший-99,8% СО₂, 1-й-99,5% и 2-й-98,8%. Двуокись углерода 2-го сорта применять не рекомендуется. Для снижения влажности СО₂ рекомендуется установить баллон вентилем вниз и через 1-2 ч открыть вентиль на 8-10 с для удаления воды. Перед сваркой из нормально установленного баллона выпускают небольшое количество газа, чтобы удалить попавший внутрь воздух.

В углекислом газе сваривают чугун, низко- и среднеуглеродистые, низколегированные конструкционные коррозионностойкие стали.

Газовые смеси

Сварочные смеси служат для улучшения процесса сварки и качества сварного шва

Смесь аргона и гелия. Оптимальный состав: 50% + 50% или 40% аргона и 60% гелия. Пригоден для сварки алюминиевых и титановых сплавов.

Смесь аргона и кислорода при содержании кислорода 1-5% стабилизирует процесс сварки, увеличивает жидко текучесть сварочной ванны, перенос электродного металла становится мелкокапельным. Смесь рекомендуется для сварки углеродистых и нержавеющих сталей.

Смесь аргона и углекислого газа. Рациональное соотношение – 75-80% аргона и 20-25% углекислого газа. При этом обеспечиваются минимальное разбрызгивание, качественное формирование шва, увеличение производительности, хорошие свойства сварного соединения. Используется при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Смесь углекислого газа и кислорода. Оптимальный состав: 60-80% углекислого газа и 20-40% кислорода. Повышает окислительные свойства защитной среды и температуру жидкого металла. При этой смеси используют электродные проволоки с повышенным содержанием раскислителей, например Св-08Г2СЦ. Шов формируется несколько лучше, чем при сварке в чистом углекислом газе. Смесь применяют для сварки углеродистых, легированных и некоторых высоколегированных конструкционных сталей.

Смесь аргона, углекислого газа и кислорода – трехкомпонентная смесь обеспечивает высокую стабильность процесса и позволяет избежать пористости швов. Оптимальный состав: 75% аргона, 20% углекислого газа и 5% кислорода. Применяется при сварке углеродистых, нержавеющих и высоколегированных конструкционных сталей.

Защитные газы | Сварка и сварщик

Защитные газы применяют при TIG сварке (сварка аргоном) и сварке полуавтоматом (MIG и MAG).

Основное назначение защитного газа для сварки – предотвращение прямого контакта окружающего воздуха с металлом сварочной ванны, вылетом проволоки и дугой. Защитный газ влияет на стабильность горения дуги, форму сварного шва, глубину проплавления и прочностные характеристики металла шва.

В качестве защитных газов используют инертные и активные газы, а также их смеси.

К инертным газам относятся аргон и гелий. Химически они не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем и обеспечивают защиту дуги и металла шва от воздуха, поэтому можно выполнять сварку плавящимся (MIG) и неплавящимся (TIG) электродом.

К активным защитным газам относятся углекислый газ, кислород, азот, водород и др. Активные газы защищают от воздействия воздуха, но сами химически взаимодействуют с жидким металлом или растворяются в нём. Ввиду того, что активные газы активно взаимодействуют т.е. окисляют вольфрам, их применяют исключительно при сварке плавящимся электродом (MAG).

В некоторых случаях преимущества и лучшие технологические свойства имеют сварочные смеси только инертных или инертных и активных газов.

Азот

химический элемент, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. В воздухе свободный азот (в виде молекул N₂) составляет 78,09%. Немного легче воздуха, плотность 1,2506 кг/м³ при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -195,8°C. Критическая температура -147°C и критическое давление 3,39 МПа. Бесцветный, без запаха и вкуса, нетоксичен, невоспламеняемый, невзрывоопасен и не поддерживающий горение газ в газообразном состоянии при обычной температуре обладает высокой инертностью. Химическая формула – N. В обычных условиях молекула азота двухатомная – N

2.

Аргон

химический элемент периодической системы Д. И. Менделеева, инертный газ, атомный номер 18, атомная масса 39,948. Объемная концентрация аргона в воздухе 0,9325% об. или 1,2862% вес. Аргон тяжелее воздуха, плотность 1,78 кг/м³ при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -185,85°C. Обладает низким потенциалом ионизации 15,7 В. С большинством элементов аргон не образует химических соединений, кроме некоторых гидридов. В металлах аргон, как в жидком, так и в твердом состоянии нерастворим. При обычных условиях – бесцветный, негорючий, неядовитый газ, без запаха и вкуса. Химическая формула – Ar.

Гелий

химический элемент, атомный номер 2, атомная масса 4,0026, относится к инертным газам, без цвета и запаха. Объемное содержание гелия в воздухе 0,00052%. Гелий значительно легче воздуха, плотность 0,1785 кг/м ³ при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -268,9°С. Потенциал ионизации 25,4 В. Бесцветный, неядовитый, негорючий и невзрывоопасный газ, хорошо диффундирует через твердые тела. Химическая формула – He.

Углекислый газ

бесцветный газ с едва ощутимым запахом не ядовит, тяжелее воздуха. Углекислый газ широко распространен в природе. Растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н₂CO₃, придает ей кислый вкус. В воздухе содержится около 0,03% углекислого газа. Плотность в 1,524 раза больше плотности воздуха и равна 0,001976 г/см³ (при нулевой температуре и давлении 101,3 кПа). Потенциал ионизации 14,3В. Химическая формула – CO₂.

Кислород

химический элемент, атомный номер 8, атомная масса 15,9994. Обычно концентрация кислорода (в виде молекул O₂) в атмосфере на уровне моря составляет по объему 21%. Кислород немного тяжелее воздуха, вес 1 м³ при 0° и 760 мм рт. ст. равен 1,43 кг. Плотность по отношению к воздуху 1,1. При температуре -182,97°C и давлении 760 мм рт. ст. кислород превращается в голубоватую легко подвижную жидкость, энергично испаряющуюся при нормальной температуре. При этом занимаемый газом объем уменьшается примерно в 850 раз. При нагревании жидкий кислород снова превращается в газ. Вес 1 л жидкого кислорода при температуре -183°C равен 1,14 кг. Жидкий кислород при атмосферном давлении затвердевает при температуре -218,4°C и образует кристаллы голубоватого цвета. Химическая формула – O. В обычных условиях молекула кислорода двухатомная – O₂.

Водород

химический элемент, первый по порядковому номеру в периодической системе Д. И. Менделеева. Атомная масса 1,00792. При обычных условиях водород – газ без цвета, запаха и вкуса, в 14,38 раза легче воздуха. Плотность 0,089870 г/л при нулевой температуре и нормальном давлении. Критическая температура -240°С. Химическая формула – H. В обычных условиях молекула водорода двухатомная – H₂.

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.

Для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов, находящихся под давлением, применяют стальные баллоны. Баллоны имеют различную вместимость – от 0,4 до 55 дм³.

Газовый баллон – стальная емкость, предназначенная для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением.

Газовые баллоны изготовляют из бесшовных труб углеродистой и легированной стали. Для сжиженных газов допускается применение сварных корпусов при рабочем давлении менее 3 МПа.

Некоторые стандарты допускают изготовление корпуса из алюминия или композитных материалов, например ISO 11439. В качестве композитного материала применяют полимер, армированный углеродным волокном, который имеет очень высокие прочностные показатели. Газовые баллоны из композитных материалов сложнее в изготовлении, но у них есть главное преимущество – малый вес.

Подогреватель, расходомер и осушитель применяют при полуавтоматической сварке или как её еще называют MIG и MAG. Расходомер необходим для учета и установке оптимального расхода газа или сварочной смеси.

Поскольку углекислый газ в баллоне находится в жидком состоянии, при отборе из баллона происходит процесс испарения и превращение в газ, который уже поступает в сварочную горелку полуавтомата. В результате перехода из жидкого состояния в газообразное резко уменьшается температура газа и происходит процесс замерзания влаги в каналах редуктора и их заполнение льдом. Во избежание данного негативного эффекта применяют подогреватели газа, которые устанавливают между вентилем баллона и редуктором или расходомером. Но и этого иногда недостаточно так как из углекислоты необходимо удалить лишнюю влагу и для этого применяют осушители газа.

Страницы

• 1
• 2
• 3
• следующая ›
• последняя »

Что такое сварочные защитные газы и почему они важны?

Опубликовано 19 сентября 2019 г.

7 минут

• Операционное совершенство

Сварка вызывает в воображении определенное очарование высоких температур и раскаленных добела искр, смешанных с суровым очарованием. Это процесс, который требует очень искусного баланса силы и строгой точности. Еще до того, как сварщик зажжет свое пламя, правильная газовая смесь — это уже полдела.

ПОЧЕМУ ТАК ВАЖНА ПРАВИЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ СМЕСЬ?

Экранирование защищает расплавленный металл от реакции с атмосферными газами, такими как кислород, двуокись углерода, азот и водяной пар. Плавный процесс сварки требует тщательного выбора газов с учетом их свойств. Неправильный выбор газа может привести к дефектам и неправильной сварке.

ЧТО ТАКОЕ ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ?

Защитные газы – это инертные или полуинертные газы, защищающие сварной шов от повреждения в результате контакта с атмосферными газами. Они влияют на количество тепла, выделяемого дугой, и на внешний вид образующегося валика сварного шва.

ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ ПРИ СВАРКЕ

Инертные газы (также известные как благородные газы) бесцветны, не имеют запаха и химически неактивны.

АРГОН

Чистый аргон часто используется с алюминием и цветными металлами. Этот газ хорошо подходит для защиты плоских сварных швов и сварных швов с глубокими канавками.

Аргон подходит для более легкого пуска, применения с переменным током (AC) и для более длинных дуг при более низких напряжениях. Добавление гелия улучшает свойства теплопередачи аргона, а смесь аргона с углекислым газом или кислородом может помочь стабилизировать дугу.

ГЕЛИЙ

Чистый гелий идеально подходит для сварки магния, меди и алюминия. Однако это создает неравномерную дугу, которая может привести к разбрызгиванию при работе со сталью. Гелий эффективен при механизированной сварке, но допускает меньше ошибок при ручной сварке.

Для очистки катодов можно использовать гелий-аргоновую смесь.

ПОЛУИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ ПРИ СВАРКЕ

Газы с низкой химической активностью относятся к полуинертным газам. Правильная смесь полуинертных газов в нужных количествах может улучшить качество сварного шва.

ВОДОРОД

Водород может обеспечить более чистые поверхности сварки и лучшие профили валиков для сортов нержавеющей стали, чувствительных к кислороду. Однако при неправильном использовании захваченный газ может вызвать пористость сварного шва и растрескивание под валиком в углеродистых и низколегированных сталях.

Добавление водорода в аргон углубляет провар и увеличивает скорость сварки.

АЗОТ

Азот увеличивает проплавление сварного шва и стабильность дуги. Смеси азота могут улучшить механические свойства сплавов, содержащих азот, и предотвратить точечную коррозию, а также потерю азота из металла.

КИСЛОРОД

Смеси кислорода также обычно используются для защиты сварных швов. Они стабилизируют дугу, минимизируют разбрызгивание и улучшают перенос металла.

Окислительные свойства кислорода делают его непригодным для работы с медью, алюминием и магнием. Газ следует использовать экономно, так как слишком много может привести к тому, что продукты станут хрупкими.

ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА

Углекислый газ улучшает скорость сварки, проплавление и механические свойства, что делает его наиболее подходящим для сварки стали в среде инертного газа (MIG).

Однако этот газ также вызывает более шаткую дугу, потери на разбрызгивание и большое количество дыма. Смешивание углекислого газа с аргоном сводит к минимуму разбрызгивание.

Углекислый газ нельзя использовать с тонкими металлами, такими как алюминий, который не выдерживает высоких температур.

ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ О ГАЗАХ ПРИ СВАРКЕ

Понимание роли, которую эти газы играют при сварке, имеет решающее значение для сварщика, где каждая мельчайшая деталь влияет на общий процесс. Практика с правильными инструментами и под руководством инструктора — лучший способ определить лучшие газы и их применение в ваших сварочных проектах.

Глоссарий

Дуговая сварка — соединение двух или более металлических деталей в одну деталь с помощью электричества проплавление – расстояние плавления до основного металла, коррелирующее с прочностью
Пористость сварного шва – количество газа, захваченного внутри сварного шва, в результате чего образуются круглые отверстия
Скорость сварки – более низкая скорость сварки обеспечивает более глубокое проплавление сварного шва0098 Сварка металлов в среде инертного газа (MIG) – непрерывный сплошной проволочный электрод и защитный газ подаются через сварочную горелку в сварочную ванну, соединяя вместе два основных материала.

Потери азота – приводит к образованию более крупных зерен. или без железа
Точечная коррозия – трудно обнаруживаемые полости в материалах
Брызги – нежелательные капли расплавленного материала
Потеря разбрызгивания – материал теряется в виде брызг

Истории, которые могут быть вам интересны

• Не только данные в электронике

  Узнайте больше

• Повышение безопасности дорожного движения: интеграция технологий, передовых методов и надежной культуры

  Узнайте больше

• Цифровизация поставок: развертывание OBC для обеспечения надежности, эффективности и защиты окружающей среды

  Узнайте больше

Какие защитные газы используются для сварки?

Защитные газы используются главным образом для защиты расплавленной сварочной ванны от загрязнения кислородом, азотом и другими загрязняющими веществами из атмосферы.

Защитные газы также определяют перенос сварного шва, проникновение наплавленного валика, стабильность дуги, механические свойства и общее качество готового сварного шва. Чтобы понять роль газов, используемых для сварки, мы должны рассмотреть процессы и типы свариваемых металлов.

 

Процесс дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW) используется для сварки всех типов металлов, а в качестве защитного газа номер один используется аргон. Аргон — это инертный газ, который не вступает в реакцию ни с какими металлами, поэтому он не загрязняет неплавящийся вольфрамовый электрод, который используется при сварке GTAW для создания сварочной дуги. Следовательно, аргон можно использовать для защиты при сварке ферритных металлов, таких как сталь, и цветных металлов, таких как алюминий. При сварке более толстого алюминия добавление гелия, который также является инертным газом, к аргону может использоваться для создания смеси, которая будет генерировать больше тепла и проникновения. Аргоно-водородные смеси используются для сварки аустенитных нержавеющих сталей, а также никель-медных и сплавов на основе никеля.

 

Процесс дуговой сварки металлическим газом (GMAW) также используется для сварки всех типов металлов, как черных, так и цветных. Четыре наиболее распространенных газа, используемых при сварке GMAW, — это аргон, гелий, углекислый газ (CO2) и кислород (O2). И аргон, и гелий являются инертными газами и могут использоваться отдельно или в смеси друг с другом, однако аргон отдельно не рекомендуется для сварки стали и других черных металлов. Газ не обладает достаточной теплопроводностью для создания жидкой сварочной ванны, а внешние края дуги холодные. Это приводит к остроконечной форме валика сварного шва с подрезом и узкому проплавлению, что может быть неприемлемо для некоторых стандартов, см. рис. 1.9.0003

 

Рис. 1. Сварка GMAW со 100% аргоновой защитой стали

 

Двуокись углерода (CO2) является химически активным газом, и это единственный химически активный газ, который можно использовать в чистом виде для сварки черных металлов, таких как как сталь. Защитный газ CO2 обеспечивает более глубокое и широкое проплавление сварного шва, особенно на толстом листе. Однако дуга менее стабильна и разбрызгивается больше, чем при смешивании с инертным газом, таким как аргон. См. рис. 2.

 

Рис. 2. Сварка GMAW с использованием 100 % CO2

В настоящее время большинство защитных газов для сварки стали GMAW представляют собой смесь аргона и CO2. Для сварки тонкой стали толщиной от калибра до 3 мм обычно используется смесь 25% CO2 и 75% аргона, а тип переноса дуги известен как перенос короткого замыкания. Этот тип переноса можно использовать для сварки во всех положениях. Перенос короткого замыкания происходит в более низком диапазоне сварочных токов с электродами меньшего диаметра и дает небольшой, быстро замерзающий шов, подходящий для сварки тонкого материала, и позволяет контролировать дугу при сварке в нерабочем положении и перекрытии больших корневых отверстий.

 

Когда мы уменьшаем количество CO2 в диапазоне от 8% до 15% CO2 в аргоне, мы теперь можем увеличить силу тока и добиться струйного переноса, который используется для сварки более толстых материалов от 3 мм и выше. Перенос струи происходит в более высоких диапазонах тока и создает большую сварочную ванну, которая лучше всего подходит для плоской и горизонтальной сварки. Внедрение импульсного переноса GMAW, который переключает ток с высокого пикового тока на более низкий фоновый ток до сотен или даже тысяч раз в секунду, позволяет выполнять процесс сварки в переносе струйного типа и выполнять сварку во всех положениях.

 

Мы также можем использовать кислородно-аргоновые смеси, чтобы улучшить текучесть металла сварного шва. Смеси, такие как 2% кислорода в аргоне, могут обеспечить перенос распылением и использоваться для сварки стали и нержавеющей стали. На рис. 3 показаны различные провары и профили сварного шва с использованием вышеупомянутых газовых смесей.

 

Рис. 3. Изображения формы наплавленного валика и провара при использовании различных газовых смесей

Для сварки GMAW цветных металлов, таких как алюминий, наиболее распространенными защитными газами являются 100% аргон или смесь аргона и гелия

 

В процессе дуговой сварки порошковой проволокой (FCAW) также используется 100% CO2 для сварки стали или аустенитных сплавов нержавеющей стали. Присадочная проволока FCAW разработана для использования 100 % CO2 и при правильном выборе расходных материалов может использоваться во всех положениях. Тип переноса дуги с использованием 100% CO2 — шаровидный, обеспечивающий глубокое проплавление валика сварного шва. Для получения более ровной и стабильной дуги рекомендуется использовать смеси защитного газа аргон-CO2. Наиболее распространена смесь 75% аргона и 25% СО2.

 

В процессе дуговой сварки металлическим сердечником (MCAW) также используются газовые смеси аргон-CO2 для защиты. Этот процесс рекомендуется использовать в режиме переноса распылением, поэтому для достижения переноса распылением используется смесь от 8% до 15% CO2 в аргоне. Используется для сварки в плоском и горизонтальном положениях.

 

Вышеуказанные процессы и газовые смеси наиболее часто используются в современном производстве. Есть и другие, которые могут быть адаптированы для конкретных применений и где вы можете обратиться за консультацией к специалисту по сварке.