СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ

Чтобы получить качественный сварной шов при дуговой сварке, необходимо обеспечить защиту расплавленного ме­талла сварочной ванны. Именно с такой целью используются защитные газы. Эта идея была высказана Н. Н. Бенардосом еще в 1883 г. и состояла в том, чтобы направить из сопла го­релки на зону сварки струю газа, которая, как будто в обо­лочку, заключит зону сварки и предохранит ее от посторон­него воздействия. Защита осуществляется тремя группами газов:

— инертными;

— активными;

— смесями активных газов с инертными или инертных с инертными.

Инертными называются газы, которые не вступают в хи­мические реакции взаимодействия с металлом и неспособны растворяться в нем. К этой группе относятся аргон, гелий и их смеси, а для меди используется азот. В среде инертных газов сваривают активные металлы, например титан, алюминий и др. Применяют их и в тех случаях, когда хотят добиться высо­кокачественного шва при соединении изделий и конструкций из хромоникелевых сталей.

Аргон представляет собой газ со следующими физиче­скими характеристиками:

— бесцветный;

— без запаха и вкуса;

— неядовитый;

— невзрывоопасный.

Поскольку аргон примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, если производить сварочные работы в закрытом и непрове­триваемом помещении, тогда возникает опасность удушья. В природе он встречается исключительно в свободном виде, его объемная концентрация в воздухе составляет приблизи­тельно 0,93%.

В промышленности в соответствии с ГОСТом 10157- 79 производится аргон трех сортов:

— высшего (доля аргона — 99,993%);

— первого (99,987%);

— второго (99,95%).

Аргон транспортируется в жидком (плотность — 1392 кг/м3) или газообразном (плотность —1,662 кг/м3) сос­тоянии в специальных стальных баллонах объемом 40 л под давлением 15 МПа. Емкости окрашены в серый цвет с зеле­ной полосой. На них зеленой краской нанесена надпись «Ар­гон чистый».

Расход газа при сварке определяется диаметром элек­трода и, как правило, составляет 100-500 л/ч.

Гелий в качестве защитного газа применяется редко, поскольку, будучи дефицитным, имеет высокую стоимость. Поэтому чаще всего его вводят в виде добавки к аргону или используют для сварки:

— химически чистых и активных материалов и сплавов;

— сплавов на основе магния и алюминия;

— при необходимости обеспечить значительную глубину проплавления (это возможно за счет высокого значения по­тенциала ионизации газа) или особую форма сварного шва.

Физические свойства гелия:

— бесцветный;

— без запаха;

— неядовитый

— плотность — 0,18 кг/м3.

Гелий в 10 раз легче аргона, а объемное содержание это­го газа в воздухе составляет 0,00052%.

Промышленность поставляет гелий согласно ТУ 51-689- 75 трех марок — А, Б и В. Его транспортировка осуществляется в соответствии с ГОСТом 20461-75. При этом газ находится в стальных баллонах под давлением 15 МПа, которые окрашены в коричневый цвет, а на них нанесена белая надпись «Гелий».

Расход гелия в процессе сварки — 200-900 л/ч, по­тому что легкий гелий быстро улетучивается, а для создания надежной защиты сварочной ванны приходится увеличивать его подачу.

Азот не является инертным газом (в природе это самый распространенный газ, в частности его содержание в воз­духе составляет 78,09%), но он так ведет себя по отношению к меди и ее сплавам (относительно других металлов и стали азот рассматривается как активный и часто вредный газ, по­ступление которого в сварочную ванну необходимо ограничи­вать). Поэтому его используют для сварки, наплавки и плаз­менной резки таких материалов.

Физические свойства азота:

— бесцветный;

— без запаха и вкуса;

— неядовитый;

— невзрывоопасный;

— плотность — 1,2506 кг/м3.

По ГОСТу 9293-74 агрегатное состояние азота при транспортировке — газ. Его перевозят в стальных емкостях объемом 40 л под давлением 15 МПа. Он поставляется четы­рех сортов, различающихся процентным содержанием азота:

— высший (99,9%);

— I сорт (99,5%);

— II сорт (99%);

— Ill сорт (97%).

Стальные емкости объемом 40 л содержат азот под дав­лением 15 МПа.

Из активных газов, т. е. взаимодействующих с металлом сварочной ванны и растворяющихся в нем, следует назвать углекислый газ, который применятся для защиты сварки в чистом виде или в смеси с аргоном. Помимо жидкого и га­зообразного состояния, углекислый газ бывает и твердым (сухой лед).

Физические свойства двуокиси углерода:

— бесцветная;

— неядовитая;

— с кисловатым запахом и вкусом;

— плотность — 1,98 кг/м3;

— температура сжижения — 78,5° С.

Углекислый газ в 1,6 раза тяжелее воздуха, в котором на его долю приходится 0,03%.

По ГОСТу 8050-85 двуокись углерода содержит водяные пары, количество которых зависит от сорта газа:

— в высшем — 0,037 г/см3;

— в I сорте — 0,184 г/см3.

Углекислый газ транспортируется и поставляется в сжи­женном состоянии в емкостях объемом 40 л при максималь­ном давлении 20 МПа. Баллон покрыт черной краской и снаб­жен надписью желтого цвета «С02 сварочный».

Углекислота производится двух сортов: высшего, чистота которого составляет 99,8%, и I сорта чистотой 99,5%.

Поступающий в зону сварки углекислый газ не относит­ся к нейтральным и под воздействием высоких температур распадается на оксид углерода и кислород. Одновременно с этим происходит окисление расплавленного металла, ко­торый после кристаллизации дает достаточно пористый шов с низкими механическими характеристиками. Чтобы снизить окислительные свойства свободного кислорода и добиться качественного шва, используют электродную проволоку с по­вышенным содержанием кремния и марганца, которые дей­ствуют как раскислители.

Для удаления водяных паров, которые присутствуют в бал­лоне с газом, емкость следует поставить вентилем вниз и через 10-15 минут осторожно его открыть. А перед сваркой из уста­новленного как положено баллона надо выпустить воздух.

На производстве часто применяют смеси газов, что зна­чительно повышает качество сварного шва, и нередко техно­логические свойства смеси превосходят показатели чистых газов. Например, используются следующие смеси:

1. Углекислый газ с 2-5% кислорода. Эта смесь, во-первых, способствует мелкокапельному переносу метал­ла; во-вторых, примерно на 30% снижает разбрызгивание и потери металла; в-третьих, обеспечивает формирование ка­чественного сварного шва.

2. 70% гелия и 30% аргона. Данная смесь, во-первых, значительно повышает производительность при сварке алю­миния; во-вторых, увеличивает необходимую в определенных случаях глубину проплавления; в-третьих, дает сварной шов хорошего качества;

3.88% аргона и 12% углекислого газа. Эта смесь, во-первых, при сварке стали делает горение сварочной дуги стабильным; во-вторых, снижает разбрызгивание расплав­ленного металла; в-третьих, позволяет получить качествен­ный шов, поскольку значительно уменьшает поверхностное натяжение расплавленной электродной проволоки.

Резюмируя сказанное, следует подчеркнуть достоинства сварки в среде защитных газов:

— наличие визуального контроля сварочного процесса;

— широкий выбор рабочих режимов;

— расширение номенклатуры свариваемых металлов;

— возможность механизировать процесс;

— создание лучших условий труда для сварщиков.