Сварка в защитных газах (с использованием газовых смесей)- один из ведущих технологических процессов соединения различных металлов. Широко применяемый в сварочном производстве способ защиты сварочной ванны с помощью однокомпонентных газов (двуокись углерода или аргон) со временем не стал удовлетворять требованиям качества и производительности. Дальнейшим этапом повышения эффективности сварки при изготовлении сварных металлоконструкций стало применение многокомпонентных газовых смесей на основе аргона. Изменяя состав газовой смеси можно в определенных пределах можно изменять свойства металла шва и сварного соединения в целом. Преимущества процесса сварки в газовых смесях на основе аргона проявляется в том, что возможен струйный и управляемый процесс переноса электродного металла. Эти изменения сварочной дуги - эффективный способ управления ее технологическими характеристиками: производительности, величиной потерь электродного металла на разбрызгивание, формой и механическими свойствами металла шва, а также величиной проплавления основного металла.
Газовые сварочные смеси и рекомендуемая область их применения
Процентное содержание того или иного газа в смеси принимается исходя из толщины свариваемого металла, степени его легирования и требований, предъявляемых к сварным соединениям в зависимости от условий эксплуатации изделия. Области применения различных газовых смесей при сварке плавящимся электродом приведены в таблице 1, режимы сварки в таблицах 2 и 3. Данные смеси проверены практикой, что позволяет рекомендовать их применение для получения качественного сварного соединения.
Защитные газовые смеси для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом
Инертная газовая смесь, состоящая из 30% He + 70% Ar дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки. Более ровная поверхность шва и, следовательно, меньшее использование сварочной проволоки; Инертная газовая смесь, состоящая из 50% He + 50% Ar подходит для сварки материалов практически любой толщины; Инертная газовая смесь, состоящая из 70% He + 30% Ar , наиболее применима для сварки тонких материалов, может существенно понизить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить, или даже устранить, необходимость подогрева. Сварка неплавящимся электродом с использованием газовых сварочных смесей на основе инертных газов применяется для соединения цветных металлов и легированных сталей.
Таблица 1 «Газовые сварочные смеси и рекомендуемая область их применения»
|
Состав газовой сварочной смеси |
Свариваемые материалы |
Область применения |
|
80-95% Ar + 20-5% CO2 |
Углеродистые и легированные конструкционные стали |
Капельный или струйный перенос электродного металла. Стабильность дуги. Сварка металлов широкого спектра толщин. |
|
92% Ar + 6% CO2 + 2% O2 |
Углеродистые и легированные конструкционные стали |
Капельный или струйный перенос электродного металла. Идеально подходит для сварки металлов малых толщин. |
|
85% He + 13,5% Ar + 1,5% CO2 |
Легированные и углеродистые конструкционные стали |
Сварка пульсирующей дугой. Дает великолепные чистые швы с гладким профилем с незначительным окислением поверхности. Идеален для тонких материалов, где высокая скорость сварки дает низкий уровень деформации материала. |
|
43% Ar + 55% He + 2% CO2 |
Легированные и углеродистые конструкционные стали |
Низкий уровень армирования металла шва и околошовной зоны. Подходит для сварки металлов широкого спектра толщин. |
|
60% Ar + 38% He + 2% CO2 |
Легированные и углеродистые конструкционные стали |
Капельный или струйный перенос электродного металла. Придает стабильность дуге, что обеспечивает низкий уровень разбрызгивания и снижает появление дефектов шва. |
|
70% Ar + 30% He |
Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали |
Инертная газовая смесь. Дает более эффектный нагрев, чем чистый аргон. Увеличивает скорость сварки. Обеспечивает глубокий провар, низкую пористость и ровную поверхность сварного шва. |
|
50% Ar + 50% He |
Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали |
Инертная, наиболее универсальная газовая смесь для сварки материалов любой толщины. |
|
30% Ar + 70% He |
Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали |
Инертная смесь, используется для толстых материалов, что позволяет существенно увеличить скорость сварки, уменьшить пористость и снизить применение необходимости подогрева. Дает ровный сварной шов с более глубоким проплавлением и меньшими дефектами. |
Таблица 2 «Рекомендуемые защитные газовые смеси и режимы сварки в зависимости от типа и толщины материала (сварка плавящимся электродом)»
|
Материал |
Толщина, мм |
Рекомендуемая смесь |
Диам . свар . п ров , мм |
Скорость сварки, мм /мин |
I св , А |
U д , В |
Скорость подачи проволоки, м /мин |
Расход газа, л /мин |
|
Углеродистые конструкционные стали |
1 |
92%Ar + 6%CO2 + 2%O2 |
0,8 |
350-600 |
45-65 |
14-15 |
3,5-4,0 |
12 |
|
1,6 |
92%Ar + 6%CO2 + 2%O2 |
0,8 |
400-600 |
70-80 |
15-16 |
4,0-5,3 |
14 |
|
|
3 |
92%Ar + 12%CO2 + 2%O2 |
1 |
280-520 |
120-160 |
17-19 |
4,0-5,2 |
15 |
|
|
6 |
92%Ar + 12%CO2 + 2%O2 |
1 |
300-450 |
140-160 |
17-18 |
4,0-5,0 |
15 |
|
|
6 |
92%Ar + 12%CO2 + 2%O2 |
1,2 |
420-530 |
250-270 |
26-28 |
6,6-7,3 |
16 |
|
|
10 |
92%Ar + 12%CO2 + 2%O2 |
1,2 |
300-450 |
140-160 |
17-18 |
3,2-4,0 |
15 |
|
|
10 |
82%Ar + 18%CO2 |
1,2 |
400-480 |
270-310 |
26-28 |
7,0-7,8 |
16 |
|
|
>10,0 |
82%Ar + 18%CO2 |
1,2 |
300-450 |
140-160 |
17-18 |
3,2-4,0 |
15 |
|
|
>10,0 |
92%Ar + 20%CO2 + 2%O2 |
1,2 |
370-440 |
290-330 |
28-31 |
10.дек |
17 |
|
|
Легированные стали |
1,6 |
85%He + 13,5%Ar + 1,5%CO2 |
0,8 |
410-600 |
70-85 |
19-20 |
6,5-7,1 |
12 |
|
3 |
55%He + 43%Ar + 2%CO2 |
1 |
400-600 |
100-125 |
16-19 |
5,0-6,0 |
13 |
|
|
6 |
55%He + 43%Ar + 2%CO2 |
1 |
280-520 |
120-150 |
16-19 |
4,0-6,0 |
14 |
|
|
6 |
55%He + 43%Ar + 2%CO2 |
1,2 |
500-650 |
220-250 |
25-29 |
7,0-9,0 |
14 |
|
|
10 |
38%He + 60%Ar + 2%CO2 |
1,2 |
250-450 |
120-150 |
16-19 |
4,0-6,0 |
14 |
|
|
10 |
38%He + 60%Ar + 2%CO2 |
1,2 |
450-600 |
260-280 |
26-30 |
8,0-9,5 |
14 |
|
|
>10,0 |
38%He + 60%Ar + 2%CO2 |
1,2 |
220-400 |
120-150 |
16-19 |
4,0-6,0 |
15 |
|
|
>10,0 |
38%He + 60%Ar + 2%CO2 |
1,2 |
400-600 |
270-310 |
28-31 |
9,0-10,5 |
15 |
|
|
Алюминий и его сплав |
1,6 |
30%He + 70%Ar |
1 |
450-600 |
70-100 |
17-18 |
4,0-6,0 |
14 |
|
3 |
30%He + 70%Ar |
1,2 |
500-700 |
105-120 |
17-20 |
5,0-7,0 |
14 |
|
|
6 |
30%He + 70%Ar |
1,2 |
450-600 |
120-140 |
20-24 |
6,5-8,5 |
14 |
|
|
6 |
50%He + 50%Ar |
1,2 |
550-800 |
160-200 |
27-30 |
8,0-10,0 |
14 |
|
|
10 |
50%He + 50%Ar |
1,2 |
450-600 |
120-140 |
20-24 |
6,5-8,5 |
16 |
|
|
10 |
50%He + 50%Ar |
1,6 |
500-700 |
240-300 |
29-32 |
7,0-9,0 |
16 |
|
|
>10,0 |
50%He + 50%Ar |
1,2-1,6 |
400-500 |
130-200 |
20-26 |
6,5-8,0 |
18 |
|
|
>10,0 |
70%He + 30%Ar |
1,2-1,6 |
450-700 |
300-500 |
32-40 |
9,0-14 |
18 |
Таблица 3 «Рекомендуемые режимы сварки в смесях газов Ar + 12 ~ 18%CO2 (сварочная проволока СВ08Г2С ГОСТ 2246-70)»
|
I св , A |
U д , В |
G, кг/ч |
L эл , мм |
D эл , мм |
Ψ , % |
|
250-260 |
23-24 |
3,8 |
20 |
1,6 |
2,7 |
|
300-310 |
26-27 |
4,5 |
1,2 |
||
|
350-360 |
29-30 |
5,2 |
0,7 |
||
|
400-410 |
31-32 |
5,4 |
0,5 |
||
|
400-410 |
30-31 |
5,3 |
25 |
2 |
0,8 |
|
450-460 |
32-33 |
6,5 |
1,1 |
где Iсв - сварочный ток, A;
Uд - напряжение на дуге, В;
G - вес наплавленного метала, кг /ч;
D эл - диаметр электродной проволоки, мм;
L эл - вылет электродной проволоки, мм;
Ψ - потери электродной проволоки на разбрызгивание, %.
Сравнительная оценка технологических характеристик сварочной дуги и механических свойств наплавленного металла, таблица 4 и 5, наглядно показывают эффективность применения газовых смесей по сравнению с СО 2 . Аналогичные сравнительные показатели эффективности гигиенической оценки процесса сварки, таблица 6.
Таблица 4 «Сравнительные технологические характеристики газовых смесей»
|
Защитный газ |
I св , А |
U д , В |
Q, кг/ч |
Y, % |
a нб , % |
|
СО 2 |
200-210 |
22-23 |
2,3 |
4,7 |
1,5 |
|
300-310 |
30-33 |
4,3 |
6,7 |
2 |
|
|
97%Ar + 3% O2 |
200-210 |
21-22 |
3 |
1,4 |
0,2 |
|
300-310 |
29-30 |
4,7 |
0,5 |
- |
|
|
82%Ar + 18% CO2 |
200-210 |
24-25 |
3 |
3,8 |
0,3 |
|
300-310 |
30-31 |
5,3 |
2,9 |
0,3 |
|
|
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2 |
200-210 |
25-26 |
3,7 |
3,2 |
0,2 |
|
300-310 |
30-31 |
5,3 |
2,9 |
0,2 |
|
|
86%Ar + 12% CO2 + 2% O2 |
200-210 |
21-22 |
3,1 |
1,4 |
0,2 |
|
300-310 |
29-30 |
5,2 |
0,5 |
- |
где Q - количество наплавленного металла за единицу времени, кг/ч;
Y - коэффициент потерь электродного металла на разбрызгивание, %:
a нб - коэффициент набрызгивания, определяющий трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей, %.
В таблице приведены средние значения коэффициентов по данным трех замеров.
Сварка образцов произведена проволокой марки Св-10ГСМТ, d 1,4 мм.
Таблица 5 «Механические свойства наплавленного металла»
|
Защитный газ |
s т , МПа |
s б , МПа |
d , % |
Y, % |
KCU, Дж/см 2 |
|
|
+ 20 °С |
- 40 °С |
|||||
|
СО 2 |
401 |
546 |
27 |
62,4 |
14,1 |
8,4 |
|
97%Ar +3% O2 |
385 |
590 |
28 |
60 |
20 |
12 |
|
82%Ar + 18% CO2 |
395 |
580 |
30 |
65 |
24 |
16 |
|
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2 |
392 |
583 |
29,5 |
63,5 |
23,5 |
15,3 |
|
86%Ar + 12% CO2 + 2% O2 |
390 |
585 |
29 |
63 |
24 |
15,8 |
В таблице приведены средние значения коэффициентов по данным трех замеров;
Сварка образцов произведена проволокой марки Св-10ГСМТ, d 1,4 мм.
I св=250-260А; Uд=23-25В
Гигиеническая оценка процесса механизированной сварки углеродистой стали в СО 2 и многокомпонентных смесях на основе аргона
Сопоставление уровня валовых выделений твердой составляющей сварочного аэрозоля (ТССА) для различных сочетаний "защитная среда - проволока" проводились при сварке на режимах с различной погонной энергией, обеспечивающей хорошее качество сварных соединений. При отборе проб на исследование валовых выделений ТССА применен метод внутренней фильтрации на ткань ФПИ-15 и фильтры АФА-ХА-20 воздушного потока, аспирируемого из укрытия зоны сварки . Данные этих опытов приведены в таблице. По этим результатам можно сделать вывод о том, что благодаря уменьшению окислительного потенциала защитной среды, при сварке в смесях газа на основе аргона обеспечивается уменьшение валовых выделений твердой фракции сварочного аэрозоля, а в ней - снижение содержания токсичных выделений окислов марганца и хрома.
Таблица 6 «Уровень валовых выделений и химический состав ТССА при сварке в защитных газах»
|
Защитная среда |
Сварочная проволока |
Режим сварки |
Валовые выделения |
||
|
I св , А |
Uд ,В |
г /мин |
г /кг |
||
|
СО 2 |
Св-10ГСМТ d 1,4 мм (в таблице приведены данные трех замеров) |
230 |
28 |
0,39 |
5,6 |
|
300 |
31 |
0,83 |
9,07 |
||
|
350 |
33 |
0,71 |
5,35 |
||
|
Ar + СО 2 |
230 |
26 |
0,38 |
5,55 |
|
|
300 |
28 |
0,69 |
6,59 |
||
|
350 |
30 |
0,46 |
3,49 |
||
|
Ar + СО 2 + О2 |
230 |
26 |
0,34 |
4,98 |
|
Особенности сварки в смесях газов
Учитывая, что смесь газов на основе аргона легче, чем СО 2 , то при сварке необходимо соблюдать некоторые условия:
- Сварку вести, по возможности "углом" вперед;
- Вылет сварочной проволоки должен быть оптимальным в зависимости от диаметра проволоки (15-20мм);
- Исключить подсос воздуха, как в соединениях шлангов, так и сопла с горелкой. В то же время необходимо отметить, что при сварке в смесях на основе аргона процесс сварки стабилен, по сравнению со сваркой в СО 2 , даже при некоторой неравномерности подачи сварочной проволоки, а также наличия на поверхности проволоки следов технологической смазки и ржавчины.
Требования к исходным газам для газовых смесей
Качество сварных соединений в значительной мере зависит от содержания растворенных в металле, так называемых, вредных газов - водорода, азота и их соединений. Поэтому защитные газовые смеси должны иметь в своем составе строго ограниченное количество вредных примесей. Водород способствует образованию пористости при кристаллизации металла и является одним из главных факторов образования холодных трещин, то есть трещин, которые образуются при 200ºC и ниже в процессе охлаждения сварного соединения. Водород поступает в металл сварного шва преимущественно через влагу защитных газов. Азот в большинстве случаев вызывает снижение пластичности металла, пористость и другие дефекты. Отрицательное воздействие на качество сварного шва оказывает так же и пары воды, содержащиеся в защитном газе. При воздействие высоких температур вода разделяется на составляющие водород и кислород. Если кислород выводится в шлаковую фазу, то водород оказывает свое нега-тивное влияние описанное выше. Поэтому для получения сварочных газовых смесей необходимо использовать газы, которые должны по своему составу соответствовать принятым нормам (см. таблицу 7).
Таблица 7
|
№ п / п |
Наименование газа |
ГОСТ, ТУ |
Сорт |
Примечание |
|
1 |
Аргон |
10157-89 |
Высший |
Или по ТУ 6-5761810-01-92 |
|
2 |
Двуокись углерода |
8050-85 |
|
Массовая концентрация водяных паров при Т= 20ºC и давлении 760 мм рт . ст. на уровне высшего сорта, то есть 0,037 г/м3 |
|
3 |
Технический кислород |
5583-78 |
Первый |
Массовая концентрация водяных паров при Т= 20ºC и давлении 760 мм рт . ст. на уровне 0,005 г/м3 вместо 0,05 г/м3 по ГОСТу. |
|
4 |
Гелий газообразный |
51-940-80 |
Марка А , Марка Б |
Объемная доля водяных паров не более: Марка А – 0,0005%; Марка Б – 0,002% |
Косвенными причинами низкого качества газа, а, следовательно, и сварного шва, является устаревший парк баллонов для газов.
Источник: Domsvarki.ru