Сварка в защитных газах: суть технологии и руководство для начинающих. Что такое дуговая сварка в защитном газе?

Основные стандарты изложены в действующем издании ГОСТ 1976 года. В нем указаны основные типы соединителей, размеры и конструкция (кроме тех, которые регламентированы в отдельном ГОСТ 16037-80).

Сварка в защитных газах: суть технологии и руководство для начинающих

Сварка в газовой среде — одна из самых эффективных технологий металлообработки. И все это потому, что во время работы не происходит проникновения воздуха в сварной шов, что влияет на дальнейшую прочность заготовки. И это далеко не все преимущества данного процесса.

Ниже вы найдете подробное описание процесса, список используемых защитных газов и практическое руководство по сварке своими руками, включая меры предосторожности. С помощью этой информации вы станете более профессиональным и продуктивным сварщиком.

Суть технологии сварки в защитных газах

Дуговая сварка (автоматическая и полуавтоматическая) появилась относительно недавно и быстро развивалась в течение последних 25-30 лет. Многие ошибочно полагают, что этот процесс используется только для сварки тонколистовых конструкций из низкоуглеродистых сталей.

Однако на практике с помощью этого процесса сварки соединяют металлические детали толщиной до 25-30 мм. И самое ценное, что рабочий процесс может осуществляться в любом пространственном месте.

Сварка в газовой среде применяется для соединения сложных конструкций с высокими требованиями к прочности и долговечности: в промышленности, для соединения деталей автомобилей, для всех видов трубопроводов и т.д. Применяется для сварки цветных и черных металлов и их сплавов. Он широко используется для сварки нержавеющей стали, титана, циркония, магния, алюминия и их сплавов. Для каждого металла и сплава используется определенная газовая смесь.

Преимущества и недостатки сварки в защитных газах

Благодаря широкому спектру материалов, которые могут быть использованы, этот процесс стал очень популярным во многих отраслях промышленности. Его основными преимуществами являются:

удобство процесса, так как сварку можно выполнить из любого пространственного положения;
отсутствие флюса и шлака;
высококачественные швы на разных металлах;
возможность наблюдения за сваркой деталей;
простота механизации для увеличения производительности;
умеренные цены.

К недостаткам метода относятся:

тепловая и световая радиация дуги;
взрывоопасность газовой аппаратуры;
необходимость остывания горелок;
возможность наблюдения за сваркой деталей;

Особенности методики

Одним из подвидов дуговой сварки металлических изделий и заготовок является дуговая сварка под защитным газом. Стандарт ГОСТ определяет процесс, с помощью которого газ вводится в точку плавления. Для этого процесса используются аргон, кислород, азот и другие газы. Этот процесс имеет ряд особенностей.

Каждый сварщик знает, что качество сварного шва зависит не только от навыков мастера, но и от условий в точке плавления. В идеале здесь должны присутствовать только электрод и присадочные материалы. Если сюда проникнут другие элементы, они могут оказать негативное влияние на сварной шов. В результате сварное соединение не будет достаточно прочным.

Технология ручной дуговой сварки в среде защитного газа берет свое начало в 1920-х годах. С помощью таких материалов можно получать бесшлаковые сварные швы. Они характеризуются высокой чистотой и не подвержены микротрещинам. Этот процесс часто используется в промышленности для производства различных металлических деталей.

Особое соотношение защитных газов позволяет снять напряжения в зоне плавления. Здесь не образуются поры, что заметно повышает качество сварного шва. Сварной шов получается значительно прочнее.

Стержни, смешанные с аргоном и углекислым газом, используются в промышленной сварке. Такая комбинация делает дугу долговечной и защищает зону плавления от токов. Это позволяет соединять тонкие листы.

Когда требуется глубокое проникновение, смешивают углекислый газ и кислород. Этот состав обладает окислительными свойствами и защищает шов от пористости. Существует множество методик, в которых при сварке используются различные газы. Выбор зависит от характеристик процесса.

Техника сварки

Существуют различные способы дуговой сварки в среде защитного газа. Используются две основные техники. Первый предполагает использование предохранителей. Через них пропускается ток, который расплавляет стержень и создает прочный шов. Этот материал обеспечивает прочность соединения.

Второй метод — сварка в газовой среде с использованием одноразового электрода. В этом случае ток также проходит через стержень, но соединение материала происходит за счет расплавления краев металлических частей, заготовок. Материал электрода не является частью сварного шва.

В этих операциях используются различные газы:

Инертные. Такие субстанции не имеют запаха и цвета. У атомов присутствует плотная оболочка из электродов. Это обуславливает их инертность. К инертным газам относятся аргон, гелий и т. д.
Активные. Растворяются в металлической заготовке, вступая с ней в реакцию. К таким средам относятся диоксид углерода, водород, азот и т. д.
Комбинированные. В ходе определенных процессов нужно применять обе разновидности газов. Поэтому сварка проходит в среде как активных, так и инертных газов.

При выборе газовой среды учитывается состав металла, экономичность самого процесса и свойства сварного шва. Также могут быть учтены и другие детали.

Использование защитных газов повышает стабильность дуги и обеспечивает глубокое проплавление. Эти газы вводятся в зону плавления в различных потоках. Если поток параллелен стержню, то это центральный поток. Существуют также боковые и концентрические потоки. Газ также может подаваться в подвижное сопло, расположенное над рабочей средой.

Следует отметить, что при дуговой сварке, выполняемой в газовой ванне, тепловые параметры приемлемы для получения сварного шва желаемого рисунка, качества и размера. Выбор режима работы Для того чтобы соответствовать требованиям ГОСТа, дуговая сварка в среде защитного газа может выполняться в различных режимах работы. В большинстве случаев для этого необходимо использовать полуавтоматические преобразователи. Эти устройства могут использоваться для регулирования тока и напряжения.

Красивая и оригинальная ручка из эпоксидки для любого инструмента своими руками. Как сделать ручку для отвертки своими руками.

Полуавтоматические инверторные машины служат в качестве источника питания. Они могут отличаться как по мощности, так и по опциям. Мощность зависит от модели. Простые машины используются для большинства стандартных задач, которые не требуют сварки толстых или редко используемых сплавов.

Автоматическая дуговая сварка в среде защитного газа имеет множество параметров:

Радиус проволоки.
Диаметр проволоки.
Сила электричества.
Напряжение.
Скорость подачи контакта.
Расход газа.

Существующие процессы полуавтоматической сварки в газовой среде также делятся на локальные и общие. В первом случае защитный газ впрыскивается из сопла в зону сварки. Этот вариант является наиболее часто используемым. Различные материалы могут быть соединены местной сваркой, но результат не всегда удовлетворителен.

При использовании местной подачи газа воздух может попасть в зону сварки. Это снижает качество сварного шва. Чем больше свариваемая деталь, тем хуже будет результат при использовании этой техники.

Если свариваются крупные детали, используются камеры с контролируемой атмосферой. Воздух откачивается из камеры, создавая вакуум. Затем в камеру вводится газ, необходимый для процесса. Сварка осуществляется с помощью дистанционного управления.

Подготовка к сварке

Чтобы правильно осуществить процесс соединения металлических деталей, необходимо понимать природу дуговой сварки в среде защитного газа. Сварка требует хорошей подготовки. Этот процесс всегда одинаков, независимо от метода сварки. Сначала краям придается правильная геометрия. Это определено в ГОСТ 14771-76.

Для полной сварки сплава используется механическая дуговая сварка в среде защитного газа, что позволяет полностью соединить края заготовки. Между ними нет разрыва. Если кромки несколько опущены и обрезаны, сварку можно выполнять на деталях толщиной менее 11 мм.

Для повышения производительности кромки заготовок можно обрезать без снятия фаски в процессе автоматической сварки.

После сварки в углекислом газе вся сварочная поверхность должна быть очищена от грязи и шлака. Чтобы избежать загрязнения, поверхности обрабатываются специальными средствами. Чаще всего на металл распыляется аэрозоль. Вам не придется ждать, пока он высохнет.

Для последующей сборки используются стандартные детали, например, клинья, упорные пластины, кронштейны и т.д. Перед началом работ необходимо тщательно осмотреть конструкцию.

Преимущества и недостатки

Сварка в газовой среде гарантирует превосходные сварочные свойства практически независимо от соединяемого металла. Сварщики могут практически не обращать внимания на толщину соединяемой конструкции. Вместо этого его можно учесть при выборе метода работы, но работа в принципе почти всегда выполнима.

Проверить состояние сварочной дуги и образовавшейся ванны несложно.

По сравнению с обычной сваркой в атмосфере, площадь воздействия тепла еще больше уменьшается.

Вот еще некоторые моменты:

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

Какие газы применяются?

Инертные

Из химически стабильных газов обычно используются только гелий и аргон. Другие варианты экономически нецелесообразны. Аргон не растворяется в расплавленном металле. Он используется для обработки различных видов стали и чистого алюминия.

Гелий дороже аргона и легче воздуха, поэтому его стоимость выше. Однако гелий больше подходит для сварки очень реактивных металлов. Он также используется для склеивания алюминиевых и магниевых сплавов. Кроме того, энерговыделение дуги в гелии в два раза выше, чем в атмосфере аргона.

С точки зрения сварщика, азот также можно считать инертным газом. Вернее, его ценят за то, что он не вступает в реакцию с медью.

Химические

Правильнее было бы назвать их химически активными газами. А азот всегда относится к этой категории (за исключением случаев сварки медных изделий). Сварка азотом не предъявляет особых требований к качеству используемого оборудования. Теоретически предполагается, что будет использоваться однофазный трансформатор.

На практике, однако, используется любой трансформатор, подходящий по другим свойствам.

Кислород в чистом виде не представляет интереса для сварщиков, поскольку он легко воспламеняется и даже взрывоопасен. Однако это обычный ингредиент в специальных смесях. Углекислый газ используется при сварке:

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

При сварке никеля и некоторых видов нержавеющей стали создается водородная атмосфера. Это решение особенно привлекательно при работе с толстыми компонентами. В атмосфере водорода текучесть металла будет выше. Также легче добиться чистоты поверхности. Однако водород также может сделать углеродистые стали более хрупкими, поэтому его не следует использовать, если тип нержавеющей стали неизвестен.

Способы

Классификацию типов сварки защищенной дугой следует начать с автоматической газоэлектрической. Это самый высокий уровень развития механизированной сварки. Этот режим позволяет оптимально контролировать весь процесс. Поэтому его часто используют на промышленных предприятиях, а иногда и в строительстве. Однако это очень сложно для частного применения.

ТОП—7. Лучшие быстрозажимные струбцины. Рейтинг 2021 года. Быстрозажимные струбцины какие лучше?

Разница также может заключаться в используемых инструментах. Многие сварщики используют электрод, который не является расходуемым. Такое решение приемлемо для работы с неферромагнитными материалами. Человек, имеющий опыт в этом процессе, хорошо чувствует, насколько глубоко проникает металл. В сочетании с саморегулируемой горелкой и присадочным металлом это предотвращает появление непроваренных зон и других неровностей в сварном шве.

Важно: Сплошной электрод особенно подходит для тонкостенных деталей. Эксперты говорят, что он не так хорошо подходит для толстых заготовок.

Любителям декоративных изделий из нержавеющей стали, напротив, нравится этот инструмент. Наиболее распространенный негорючий электрод изготавливается из вольфрама. Также можно использовать электроуглерод или графит.

Однако во многих случаях лучше работать с плавящимся электродом. Это решение проще, чем использование несварочного инструмента, и позволяет использовать более дешевое оборудование. Плавящийся электрод может обрабатывать гораздо больше типов металла, чем соответствующий неплавящийся электрод. Даже труднодоступные места можно обрабатывать без проблем. Наконец, можно более гибко выбирать место расположения сварщика, его оборудования и самих компонентов или конструкций.

Однако нельзя не отметить и недостатки этого варианта:

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

Иногда также используется проволока с сердечником. Его можно использовать для работы с углекислым газом. Если свариваемые изделия должны отвечать повышенным требованиям, иногда даже проводятся специальные испытания проволоки.

Примечание: Разрешается использовать не только специальный сварочный газ, но и углекислый газ для пищевых продуктов. Допускается использование газа с содержанием воды до 2 %.

Режимы

Чаще всего для этой работы используются полуавтоматические инверторы. Они используются для регулирования тока и напряжения питания. Эти станции также служат в качестве основного источника питания, а возможности питания и управления зависят от модели. Если необходимо выполнять стандартные операции (без отжима толстых и непопулярных сплавов), можно выбрать самые простые агрегаты.

Сварка с использованием углекислого газа

Дуговая сварка в среде защитного газа может различаться по многим параметрам, большинство из которых определяется техническими характеристиками: 1. радиус проволоки, 2. выглядит примерно так:

15см, 0.8мм, 120А, 19В, 150м\ч, 6ед\мин;
7мм, 1мм, 150А, 20В, 200м\ч, 7ед\мин;
2мм, 1.2мм, 170А, 21В, 250м\ч, 10ед\минут;
3мм, 1.4мм, 200А, 22В, 490м\ч, 12ед\мин;
4-5мм, 0.16см, 250А, 25В, 680м\ч, 14ед\минут;
более 0.6см, 1.6мм, 300А, 30В, 700м\ч, 16ед\мин.

Эти спецификации стандартизированы и разработаны для процессов с использованием углекислого газа.

Ручной способ и сваривание в камере

Полуавтоматы, снабженные корпусом, делятся на два типа: местные и общие. В большинстве случаев используется первый тип, когда экранирующий материал подается непосредственно из сопла. Эта техника может использоваться для сварки всех видов изделий, но результат не всегда удовлетворителен. Воздушные карманы в зоне сплавления ухудшают сварочные свойства, и чем больше объект, тем выше вероятность получения некачественных сварных швов.

Поэтому для крупных объектов рекомендуется использовать камеры с контролируемой атмосферой. Это осуществляется следующим образом:

из полости откачивается весь воздух до состояния вакуума;
затем идёт закачка нужного газа;
проводиться варка с дистанционным управлением.

Сварочная камера

Существуют и другие методы ручной дуговой сварки под защитным газом: специальная камера заполняется соответствующим материалом, и специалист выполняет все работы в скафандре с индивидуальной системой защиты органов дыхания.

Это довольно сложная операция, требующая подготовки и навыков. Но он дает абсолютную гарантию того, что синтез будет надежно защищен. А это является важным условием для производства сложных деталей. Что касается электродов, то можно использовать как горючие, так и негорючие модели.

Подготовка кромок и их сборка под сварку

Подготовительные шаги выполняются одинаково для всех вариантов. Схема раскроя должна быть геометрически правильной и соответствовать ГОСТу или другим техническим правилам. При механической сварке можно сварить сплав полностью, не разделяя кромки и не оставляя зазора между ними. Если на кромках есть углубление или порез, то сварка может быть выполнена, но толщина объекта не должна превышать 11 мм. Существуют способы повышения производительности процесса автоматической сварки, поэтому боковые углы должны быть вырезаны без надреза.

Во время сварки происходит усадка металла, что влияет на правильность зазора. Чтобы избежать трудностей, модульный компонент изготавливается с определенным углом раскрытия краев, который зависит от размера объекта.

При работе с защитой углекислым газом вся поверхность должна быть очищена от шлака и частиц грязи. Для снижения угрозы загрязнения, которое может произойти при обращении, самолет обрабатывается специальными жидкостями. Нет необходимости ждать, пока спрей полностью высохнет. Последующая сборка осуществляется с использованием стандартных компонентов: Клинья, кронштейны, зажимы, сварочные пластины и т.д.

Инструкция по сварке разными способами

Существует 2 метода сварки:

Встык. Перед началом нужно точно подогнать детали, чтобы между ними не было зазоров. Используется, когда нужна высокая точность, например, при замене части листа. В этом случае выполняется единый шов, затем его зачищают.
Внахлест. Одна деталь накладывается на другую. Можно не подгонять кромки друг к другу. Не требует большого опыта от сварщика, в отличие от предыдущего способа.

Существует 2 вида дуговой сварки 2 вида техники сварки.

Ручной метод сваривания в камере

Когда требуется непосредственный контроль процесса, сварка выполняется в помещении, заполненном газом. Специалист надевает костюм с индивидуальной дыхательной системой. Это сложная деятельность, требующая высокой квалификации.

С неплавящимся электродом

Инертные газы используются в качестве защитной среды: Аргон, гелий. Для заполнения шва можно использовать проволоку. Он должен быть изготовлен из того же материала, что и заготовка. Он может подаваться вручную или с помощью автоматических устройств.

С плавящимся электродом

Проволока или металл должны иметь сходный химический состав со свариваемой конструкцией. Они расплавляются, и образуется прочный, однородный шов. Таким образом, достигается глубокое проплавление при небольшой сварочной ванне. Это обеспечивает высокую производительность сварки.

Импульсно-дуговая сварка

В этом методе вспомогательные импульсы тока накладываются на основной ток. Это делает дугу более стабильной, а металл имеет одинаковое качество на всем протяжении.

Использование трехфазной дуги

В этом методе электрический разряд осуществляется между тремя электродами, расположенными настолько близко друг к другу, что тепловая энергия воздействует на поверхность плавления. Каждая из трех дуг имеет разное время горения. Процесс регулируется чередованием фаз дуги.

При принудительном формировании шва

Существуют устройства, которые удерживают сварочную ванну в нужном положении. Они необходимы для того, чтобы правильно выполнить соединение деталей. Это могут быть вращающиеся диски или медные скользящие диски. Используемые детали имеют водяное охлаждение.

С дугой, управляемой магнитным полем

Это новый тип управления процессом, при котором горение контролируется напряжением вокруг сварочной ванны. При сварке образуются участки с плотными и редкими линиями индукции. Электрический разряд отклоняется между ними.

С вольфрамовым электродом

Это наиболее распространенный тип нерасходуемого электродного материала. Подходит для большинства металлов, включая титан, бронзу и золото.

Преимуществом является то, что пространственное положение и режим сварки могут быть произвольными.

Рекомендации для разных типов металлов и сплавов на их основе

Выбор экранирующей среды зависит от типа пластины. Правильное соотношение газов может улучшить качество соединений, предотвратить дефекты и улучшить свойства деталей.

Разновидности сталей

Конструкции из углеродистой стали можно сваривать с помощью CO2, который обеспечивает глубокий сварной шов и высокую скорость. Или вы можете использовать смесь Ar и CO2. Это защищает от брызг и деформации. Нержавеющую сталь лучше всего защищают He, Ar и CO2. Это обеспечивает тонкий сварной шов без окисления и подгорания. Сплавленный компонент лучше всего защищают Ar и CO2. Смесь придает прочность и высокую дугостойкость. Небольшое количество углекислого газа может привести к появлению брызг на контуре.

Медь и ее производные

Для этого металла подходит аргон. Он уменьшает текучесть металла, но используется только для тонких листов до 3 мм. Азот используется для защиты корней. Это уменьшает образование оксидных слоев.

Магний и алюминий

Чистый аргон обеспечивает хорошее качество сварки, но подходит только для тонких листов до 25 мм. Смешивание с гелием приводит к более высокому тепловыделению. Улучшается слияние деталей. Он подходит для толщины от 25 до 75 мм.

Реактивные и тугоплавкие стали

Для таких стальных конструкций подходит смесь Ar и 1-4% O. Сварочная ванна получается более жидкой, не остается прожогов, а скорость работы увеличивается. Сварочные шарики аккуратные и чистые.

Газовая сварка используется на заводах для массового производства деталей и изготовления индивидуальных заказов. Это может быть сделано вручную, автоматически или полуавтоматически.