Газовая смесь

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.

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.

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 сплавы	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

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	-

 

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

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.

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 6

№ 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.