Ремонт рельсов и стрелочных переводов

 Горнодобывающая промышленность Цемент

Наплавка ножей

 Наплавка шнеков для брикетирования отходов

 

Газовая смесь

Использование газовых смесей

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 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
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

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 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.