Войти
Защитные газы - это инертные или полу- инертные газы, которые обычно используются в нескольких сварочных процессах, прежде всего дуговая сварка металлическим металлом и дуговая сварка вольфрамовым электродом (GMAW и GTAW, более известные как MIG (металлический инертный газ) и TIG (вольфрамовый инертный газ), соответственно). Их цель - защитить область сварного шва от кислорода и водяного пара. В зависимости от свариваемых материалов эти атмосферные газы могут снизить качество сварного шва или затруднить сварку. В других процессах дуговой сварки также используются альтернативные методы защиты сварного шва от атмосферы - например, дуговая сварка металлическим электродом в экранированном корпусе использует электрод , покрытый флюсом. который при потреблении выделяет двуокись углерода, полуинертный газ, который является приемлемым защитным газом для сварки стали.
Неправильный выбор сварочного газа может привести к пористому и слабому сварному шву или к чрезмерному разбрызгиванию; последний, хотя и не влияет на сам сварной шов, вызывает потерю производительности из-за трудозатрат, необходимых для удаления разбросанных капель.
При неосторожном использовании защитные газы могут вытеснить кислород, вызывая гипоксию и потенциально смерть.
Защитные газы делятся на две категории: инертные и полуинертные. Только два из благородных газов, гелий и аргон достаточно экономичны, чтобы их можно было использовать при сварке. Эти инертные газы используются в газе, а также при дуговой сварке металлов в газе для сварки цветных металлов. Полуинертные защитные газы или активные защитные газы включают диоксид углерода, кислород, азот и водород. Эти активные газы используются с GMAW на черных металлах. Большинство этих газов в больших количествах могут повредить сварной шов, но при использовании в небольших контролируемых количествах могут улучшить характеристики сварного шва.
Важными свойствами защитных газов являются их теплопроводность и теплопередача, их плотность по отношению к воздуху и легкость, с которой они подвергаются ионизации. Газы тяжелее воздуха (например, аргон) покрывают сварной шов и требуют меньшего расхода, чем газы легче воздуха (например, гелий). Теплопередача важна для нагрева сварного шва вокруг дуги. Ионизируемость влияет на то, насколько легко зажигается дуга и насколько требуется высокое напряжение. Защитные газы могут использоваться в чистом виде или в виде смеси двух или трех газов. При лазерной сварке защитный газ играет дополнительную роль, предотвращая образование облака плазмы над сварным швом, поглощая значительную часть лазерной энергии. Это важно для СО 2 лазеров; Nd: YAG-лазеры менее склонны к образованию такой плазмы. Лучше всего эту роль играет гелий из-за его высокого потенциала ионизации; газ может поглотить большое количество энергии перед ионизацией.
Аргон - наиболее распространенный защитный газ, широко используемый в качестве основы для более специализированных газовых смесей.
Двуокись углерода - наименее дорогой защитный газ, обеспечивающий глубокое проникновение однако это отрицательно влияет на стабильность дуги и усиливает склонность расплавленного металла к образованию капель (брызг). Двуокись углерода в концентрации 1-2% обычно используется в смеси с аргоном, чтобы уменьшить поверхностное натяжение расплавленного металла. Другой распространенной смесью является 25% двуокиси углерода и 75% аргона для GMAW.
Гелий легче воздуха; требуется больший расход. Это инертный газ, не вступающий в реакцию с расплавленными металлами. Его теплопроводность высокая. Ионизировать нелегко, и для зажигания дуги требуется более высокое напряжение. Благодаря более высокому потенциалу ионизации он дает более горячую дугу при более высоком напряжении, обеспечивает широкий и глубокий валик; это преимущество для сплавов алюминия, магния и меди. Часто добавляют другие газы. Смеси гелия с добавлением 5–10% аргона и 2–5% углекислого газа («тримикс») могут использоваться для сварки нержавеющей стали. Также используется для обработки алюминия и других цветных металлов, особенно для более толстых сварных швов. По сравнению с аргоном гелий обеспечивает более энергоемкую, но менее стабильную дугу. Гелий и диоксид углерода были первыми использованными защитными газами с начала Второй мировой войны. Гелий используется в качестве защитного газа в лазерной сварке для лазеров на диоксиде углерода. Гелий дороже аргона и требует более высоких скоростей потока, поэтому, несмотря на свои преимущества, он может быть неэффективным с точки зрения затрат для крупносерийного производства. Чистый гелий не используется для стали, так как он вызывает неустойчивую дугу и способствует разбрызгиванию.
Кислород используется в небольших количествах в качестве добавки к другим газам; обычно в виде 2–5% добавки к аргону. Он повышает стабильность дуги и снижает поверхностное натяжение расплавленного металла, увеличивая смачивание твердого металла. Применяется для сварки распылением мягких углеродистых сталей, низколегированных и нержавеющих сталей. Его наличие увеличивает количество шлака. Смеси аргон-кислород (Ar-O 2 ) часто заменяют смесями аргон-диоксид углерода. Также используются смеси аргон-диоксид углерода-кислород. Кислород вызывает окисление сварного шва, поэтому он не подходит для сварки алюминия, магния, меди и некоторых экзотических металлов. Повышенное содержание кислорода заставляет защитный газ окислять электрод, что может привести к пористости осадка, если электрод не содержит достаточного раскислителя. Избыточный кислород, особенно при использовании там, где он не предусмотрен, может привести к хрупкости в зоне термического влияния. Смеси аргон-кислород с 1-2% кислорода используются для аустенитной нержавеющей стали, где аргон-CO 2 не может использоваться из-за необходимого низкого содержания углерода в сварном шве; сварной шов имеет прочное оксидное покрытие и может потребовать очистки.
Водород используется для сварки никеля и некоторых нержавеющих сталей, особенно более толстых деталей. Улучшает текучесть расплавленного металла и повышает чистоту поверхности. Обычно его добавляют к аргону в количестве менее 10%. Его можно добавлять в смеси аргона и диоксида углерода для противодействия окислительному эффекту диоксида углерода. Его добавление сужает дугу и увеличивает температуру дуги, что улучшает проплавление сварного шва. В более высоких концентрациях (до 25% водорода) его можно использовать для сварки проводящих материалов, таких как медь. Однако его не следует использовать для стали, алюминия или магния, поскольку он может вызвать пористость и водородное охрупчивание ; его применение обычно ограничивается некоторыми нержавеющими сталями.
Добавление оксида азота служит для уменьшения образования озона. Он также может стабилизировать дугу при сварке алюминия и высоколегированной нержавеющей стали.
Для специальных целей могут использоваться другие газы в чистом виде или в качестве присадок к смеси; например гексафторид серы или дихлордифторметан.
гексафторид серы можно добавлять в защитный газ для сварки алюминия, чтобы связывать водород в зоне сварного шва и уменьшить пористость шва.
Дихлордифторметан с аргоном может использоваться в качестве защитной атмосферы при плавлении алюминиево-литиевых сплавов. Это снижает содержание водорода в алюминиевом сварном шве, предотвращая связанную с этим пористость.
Применение защитных газов ограничено, прежде всего, стоимостью газа, стоимостью оборудования и местом проведения сварки. Некоторые защитные газы, например аргон, дороги, что ограничивает их использование. Оборудование, используемое для подачи газа, также требует дополнительных затрат, и в результате в определенных ситуациях могут быть предпочтительны такие процессы, как дуговая сварка в среде защитного металла, для которых требуется менее дорогое оборудование. Наконец, поскольку атмосферные движения могут вызвать рассеивание защитного газа вокруг сварного шва, сварочные процессы, требующие использования защитных газов, часто выполняются только в помещении, где окружающая среда стабильна и атмосферные газы могут эффективно предотвращаться от попадания в зону сварного шва.
Желаемая скорость потока газа зависит в первую очередь от геометрии сварного шва, скорости, тока, типа газа и используемого режима переноса металла. Сварка плоских поверхностей требует более высокого расхода, чем сварка материалов с канавками, поскольку газ рассеивается быстрее. Как правило, более высокая скорость сварки означает, что необходимо подавать больше газа для обеспечения надлежащего покрытия. Кроме того, более высокий ток требует большего потока, и, как правило, для обеспечения адекватного покрытия требуется больше гелия, чем аргона. Возможно, наиболее важно то, что четыре основных варианта GMAW имеют разные требования к потоку защитного газа - для небольших сварочных ванн в режимах короткого замыкания и импульсного распыления около 10 20 л 2 / мин (20 футов / 68 ч ), в то время как для глобулярного переноса предпочтительно около 15 л / мин (30 футов / ч). Вариант распыления обычно требует большего из-за более высокого тепловложения и, следовательно, большей сварочной ванны; вдоль линий 20–25 л / мин (40–50 футов / ч).
