Инертные и активные защитные газы, их смеси
Аргон (Ar) — бесцветный, без запаха, негорючий, неядовитый газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. В металлах нерастворим как в жидком, так и в твердом состояниях. Выпускается (ГОСТ 10157-79) двух сортов: высшего и первого.
В газе высшего сорта содержится 99,993 % аргона, не более 0,006 % азота и не более 0,0007 % кислорода. Рекомендуется для сварки ответственных металлоконструкций из активных и редких металлов и сплавов, цветных металлов.
В газе первого сорта содержится 99,98 % аргона, до 0,01 % азота и не более 0,002 % кислорода. Рекомендуется для сварки стали и чистого алюминия.
Гелий (Не) — бесцветный газ, без запаха, неядовитый, значительно легче воздуха и аргона. Выпускается (ГОСТ 20461-75) двух сортов: высокой чистоты (до 99,985 %) и технический (99,8%).
Используется реже, чем аргон, из-за его дефицитности и высокой стоимости. Однако при одном и том же значении тока дуга в гелии выделяет в 1,5 — 2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительному увеличению скорости сварки.
Гелий применяют при сварке химически чистых и активных материалов, а также сплавов на основе алюминия и магния.
Азот (N2) — газ без цвета, запаха п вкуса, неядовитый. Используется только для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. Выпускается (ГОСТ 9293-74) четырех сортов: высшего — 99,9% азота; 1-го — 99,5%; 2-го — 99,0%; 3-го — 97,0%.
Активные
Защищают зону сварки от воздуха, но сами растворяются в жидком металле либо вступают с ним в химическое взаимодействие
Кислород (О2) — газ без цвета, запаха и вкуса. Негорючий, но активно поддерживающий горение. Технический газообразный кислород (ГОСТ5583-78) выпускается трех сортов: 1-й сорт — 99,7% кислорода; 2-й — 99,5%; 3-й — 99,2%. Применяется только как добавка к инертным и активным газам.
Углекислый газ (СО2) — бесцветный, со слабым запахом, с резко выраженными окислительными свойствами, хорошо растворяется в воде. Тяжелее воздуха в 1,5 раза, может скапливаться в плохо проветриваемых помещениях, в колодцах, приямках. Выпускается (ГОСТ 8050-85) трех сортов: высший-99,8% СО2, 1-й-99,5% и 2-й-98,8%. Двуокись углерода 2-го сорта применять не рекомендуется. Для снижения влажности СО2 рекомендуется установить баллон вентилем вниз и через 1-2 ч открыть вентиль на 8-10 с для удаления воды. Перед сваркой из нормально установленного баллона выпускают небольшое количество газа, чтобы удалить попавший внутрь воздух.
В углекислом газе сваривают чугун, низко- и среднеуглеродистые, низколегированные конструкционные коррозионностойкие стали.
Газовые смеси
Сварочные смеси служат для улучшения процесса сварки и качества сварного шва
Смесь аргона и гелия. Оптимальный состав: 50% + 50% или 40% аргона и 60% гелия. Пригоден для сварки алюминиевых и титановых сплавов.
Смесь аргона и кислорода при содержании кислорода 1-5% стабилизирует процесс сварки, увеличивает жидко текучесть сварочной ванны, перенос электродного металла становится мелкокапельным. Смесь рекомендуется для сварки углеродистых и нержавеющих сталей.
Смесь аргона и углекислого газа. Рациональное соотношение — 75-80% аргона и 20-25% углекислого газа. При этом обеспечиваются минимальное разбрызгивание, качественное формирование шва, увеличение производительности, хорошие свойства сварного соединения. Используется при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.
Смесь углекислого газа и кислорода. Оптимальный состав: 60-80% углекислого газа и 20-40% кислорода. Повышает окислительные свойства защитной среды и температуру жидкого металла. При этой смеси используют электродные проволоки с повышенным содержанием раскислителей, например Св-08Г2СЦ. Шов формируется несколько лучше, чем при сварке в чистом углекислом газе. Смесь применяют для сварки углеродистых, легированных и некоторых высоколегированных конструкционных сталей.
Смесь аргона, углекислого газа и кислорода — трехкомпонентная смесь обеспечивает высокую стабильность процесса и позволяет избежать пористости швов. Оптимальный состав: 75% аргона, 20% углекислого газа и 5% кислорода. Применяется при сварке углеродистых, нержавеющих и высоколегированных конструкционных сталей.
Защитные газы для сварки
Защитными газами называют инертные и активные газы, которые используют в нескольких сварочных процессах, в первую очередь для механизированной сварки и ручной дуговой сварке вольфрамовым электродом. Предназначение защитного газа — защита зоны сварки от воздействия с кислородом и других элементов находящихся в воздухе. В зависимости от свариваемого материала влияние атмосферных газов может затруднять процесс сварки и приводит к снижению качества шва. Защитные газы делятся на две категории: инертные и активные.
Неправильный выбор сварочного газа может привести к пористости шва, слабой дуге и чрезмерному разбрызгиванию металла.
Инертные защитные газы
Инертные газы используют для сварки вольфрамовым электродом, а также для сварки цветных металлов в среде защитных газов. Среди благородных газов только два, аргон и гелий достаточно экономичны, чтобы их можно было использовать при сварке. В чистом виде аргон и гелий используются только для некоторых цветных металлов.
Аргон (Ar) — бесцветный газ, не имеет запаха, не горючий, тяжелее воздуха в 1,5 раза. Аргон не растворяется в металлах. Рекомендуется для сварки сталей и чистого алюминия.
Гелий (He) — бесцветный газ, не имеет запаха, легче воздуха, поэтому требует повышения расхода газа. При одинаковых значениях силы тока, дуга в гелии выделяет до 2 раз больше энергии, чем в аргоне. Гелий используют для сварки химически чистых и активных материалов, а также сплавов алюминия и магния.
Активные защитные газы
Способны защищать зону сварки от воздействия воздуха, но сами растворяются в жидком металле или вступают в химическое взаимодействие с ним. Активные защитные газы включают углекислый газ, кислород, азот и водород. Большинство из этих газов влияют на качество сварного шва и процесс сварки, но при не большем их содержании в контролируемых количествах могут улучшить свойства шва.
Кислород (O2) — газ без запаха, вкуса и цвета. Является негорючим газом, но активно поддерживает горение. Самостоятельно как защитный газ не используется, но применяется для приготовления сварочных смесей с инертными и активными газами.
Углекислый газ (CO2) — бесцветный газ имеющий слабый запах, с резко выраженными окислительными свойствами. Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, пригодный для сварки чугуна, низко- и среднеуглеродистых сталей, низколегированных коррозионностойких сталей.
Водород (H) — используется для сварки никеля и некоторых нержавеющих сталей, особенно толстых деталей. Улучшает текучесть металла и чистоту поверхности, однако может вызывать хрупкость при взаимодействии с углеродистыми сталями, поэтому его использование ограничено некоторыми нержавеющими сталями.
Газовые смеси
Газовые смеси служат для улучшения процесса сварки и качества сварного шва за счет использования сильных сторон каждого из газов.
Смеси аргона и углекислоты в соотношении 75-80% и 20-25% обеспечивает понижение разбрызгивания жидкого металла, увеличивает производительность и обеспечивает хорошие свойства сварочного соединения. Требует более тщательной очистки сварочных кромок перед сваркой, чем при сварке в чистой углекислоте. Рациональное применение для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей.
Смесь аргона (50%) и гелия (50%) используется для сварки титановых и алюминиевых сплавов.
Смесь аргона и кислорода (1-5%) способствует стабилизации процесса сварки, увеличивает текучесть жидкого металла и является причиной мелкокапельного переноса металла. Рационально использование для сварки низкоуглеродистых сталей и нержавейки.
Смесь углекислого газа (60-80%) и кислорода (20-40%) способствует повышению температуры расплавленного металла и окислительных свойств. Для сварки в этой смеси используют проволоки с повышенным содержанием раскислительных вещество, например проволока марки Св-08Г2СЦ. Рациональное применение для сварки углеродистых, легированных и некоторых высоколегированных сталей.
Трехкомпонентная смесь аргона (75%), углекислоты (20%) и кислорода (5%) дает наиболее лучший эффект при сварке углеродистых сталей, нержавеющих и высоколегированных сталей. Стабилизирует процесс сварки, понижает разбрызгивание, позволяет избежать пористости швов.
Защитные газы для сварки
Активные газы применяют при сварке автоматическим или полуавтоматическим способом. Основная их задача — это защита расплавленного металла и качественное формирование сварного шва в процессе сварки. Защищают активные газы сварочный шов от кислорода. К таким газам относится углекислый газ (СО2) и кислород (О2).
Углекислый газ (диоксид углерода) применяется для сварки или наплавки низко- и среднеуглеродистых сталей, а также легированных сталей с различным химическим составом.
Углекислый газ имеет резкий слабовыраженный запах, не имеет цвета.
Выпускается трёх сортов:
- высший (99,8 % СО2);
- 1 — й (99,5 % СО2);
- 2 — й (98,8 % СО2).
Для сварки используют только углекислоту высшего сорта, так как она имеет очень низкое содержание влаги в своём составе.
Кислород (О2) относится к негорючим газам, но способствует поддерживанию горения горючих газов, а также применяется в смесях с активными газами.
Выпускается трёх сортов:
- 1 — й (99,7 % О2);
- 2 — й (99,5 % О2);
- 3 — й (99,2 % О2).
Инертные газы
Инертные газы применяются при автоматической и полуавтоматической сварке. В отличии от активных газов, инертные используют при сварке и наплавки цветных металлов (алюминий, медь и их сплавы), а так же высоколегированных сталей. Широкое их применение в аргонодуговой сварке. Инертные газы не вступают в взаимодействие с расплавленным металлом шва, таким образом не влияет на его свойства. К инертным газам относят: гелий, аргон и азот.
Аргон (Ar) — газ который часто используется при сварке цветных и легированных сталей. За его высокой стоимости для сварки углеродистой стали его не применяют.
Отсутствует какой-либо запаха. Не имеет цвета.
Выпускается двух сортов:
- высший (99,99% Ar);
- первый (99,98% Ar).
Высший сорт применяется для сварки особо ответственных изделий из меди, алюминия и высоколегированной стали. Его применение — сварка всех цветных металлов и их сплавов.
Первый сорт применяется для сварки чистого алюминия и его сплавов.
Гелий (He) как и аргон применяется для сварки цветных металлов, а также их сплавов для ответственных узлов. Единственным недостатком гелия, является высокая стоимость.
Выбираем сварочный защитный газ
В твердом виде металлы вступают в медленные химические реакции. Например, окисление нелегированной стали кислородом, находящимся в воздухе и воде, может длиться годами. Поэтому ржавчина проступает в виде небольшой точки на поверхности, потом разрастается и только спустя годы появляется сквозная коррозия.
Когда металл расплавляется, он становится открыт для быстрых химических реакций. Например, во многих сталях в составе есть углерод. Это активное вещество, взаимодействующее с кислородом, присутствующим в воздухе. Если при помощи электрической дуги создать сварочную ванну, но никак ее не защитить, молекулы углерода начнут притягиваться к молекулам кислорода, вырываясь из расплавленного металла. Когда ванна застынет, вся поверхность будет пронизана порами. Ни о какой герметичности и прочности соединения здесь не может быть и речи.
Защитный газ при сварке изолирует расплавленный металл от взаимодействия с внешней средой. В результате:
Дополнительная роль защитного газа — охлаждение шва после сварки. Если прекратить подачу смеси сразу при затухании электрической дуги, не до конца застывший металл успеет вступить в реакцию с кислородом и появится кратер. Такая точка на замке кольцевого шва водопроводной трубы станет причиной протечки. Пост подача газа позволяет быстрее остудить стык, продолжая при этом его защиту, и скорее перейти сварщику на следующую задачу.
В каких видах сварки применяются защитные газы
Защитные газы применяются в двух видах сварки:
Отличия по свойствам защитного газа
Защитные газы при сварке бывают инертными и активными. Еще практикуется смешивание их между собой или соединение нескольких инертных газов. Возможны тройные объединения.
Инертные
Инертные — относятся к VIII группе периодической системы Д. Менделеева. Они нейтральны к большинству других химических веществ, поэтому при соприкосновении с расплавленным металлом проявляют пассивность. Газ никак не реагирует на водород, а значит сварочная ванна не бурлит. Это объясняется тем, что молекулы газа насыщены электронами, отталкивающими любые молекулы других веществ, не давая вступать в соединение.
Обозначаются инертные газы в названии сварки буквой «I», что означает Inert. Встречаются в аббревиатурах MIG (Metal Inert Gas) и TIG (Tungsten Inert Gas). Примеры инертных газов — аргон и гелий.
Активные
Активные — способны взаимодействовать с расплавленным металлом, изолируя его при этом от внешней среды. Могут растворяться в сварочной ванне. По свойствам активные газы подразделяются на окислительные (углекислый газ), восстановительные (водород) и газы с выборочной активностью. Последние вступают в реакцию только с определенными металлами, оставаясь к другим нейтральными. Например, азот активен только для алюминия и черных сталей.
Смешанные
Некоторые виды активных и пассивных газов смешиваются, что позволяет улучшать защиту сварочной ванны и облегчать наложение шва. Такие смеси обозначаются как MIX и содействуют:
Один из самых распространенных примеров смеси — 80% аргона и 20% углекислоты. Иногда бывает 75/25%. Его используют для полуавтоматической сварки черных металлов.
Другие миксы состоят только из инертных газов. Смешиванию подвергаются аргон и гелий (40/60% или 35/65%), благодаря чему сварочная ванна защищена еще лучше. Такой микс содействует выделению тепла в зоне сварки, повышая глубину провара.
Какой конкретно газ выбирать для сварки и резки
Рассмотрим распространенные сварочные защитные газы, их свойства и применение, что упростит выбор для конкретной задачи.
Аргон (Ar)
Инертный газ, остающийся пассивным ко всем видам металлов. Не имеет запаха и цвета. Поставляется в серых баллонах с зеленой надписью. Чаще всего используется при аргонодуговой и полуавтоматической сварке легированных сталей, тугоплавких металлов, алюминия, меди. Как микс подходит для сварки углеродистых и малоуглеродистых сталей. Аргон тяжелее воздуха на 38%, поэтому эффективно вытесняет его из сварочной ванны, чем обеспечивает надежную защиту.
Углекислый газ (СО2)
Активный газ, без цвета и запаха, но с кислым вкусом. Не ядовит, растворяется в воде, взаимодействует с кислородом. Тяжелее воздуха, поэтому надежно изолирует расплавленный металл. Поставляется в черных баллонах с желтой надписью. Задействуется в полуавтоматической сварке MAG. Привлекателен низкой ценой, но выделяется повышенным разбрызгиванием металла и менее стабильной электрической дугой. При сварке с использованием углекислоты раздается характерный треск.
Чаще всего используется для кузовного ремонта, холодной посадки частей машины и пр. Хорошее качество шва обеспечивается применением углекислого газа 1 сорта. В нем нет азотной кислоты, спирта, эфиров и аммиака. Допускается использование пищевой углекислоты или газа 2 сорта, но из-за увеличенного содержания водяных паров снижаются пластические свойства стали и возможна повышенная пористость шва. Для соединения низколегированных и малоуглеродистых сталей можно подключать баллоны со смесью 30% кислорода и 70% углекислоты, но тогда окисляющие процессы увеличиваются.
Гелий (Не)
Инертный газ, поставляемый в коричневых баллонах с белой надписью. Чистый гелий легче воздуха, поэтому для полноценной защиты сварочной ванны понадобится большой расход. Зато гелий содействует лучшему проплавлению за счет повышенного тепловложения. Подходит для сварки толстых легированных сталей и химически активных металлов. Но стоит чистый гелий дорого и применяется только на специфических производствах. Чаще оправдано использование смеси гелия с аргоном в пропорции 60/40%.
Газ без запаха и цвета. Вещество не горит, не поддерживает горение. Поставляется в черных баллонах с желтой надписью. По ГОСТу 9293-59 бывает 4-х сортов, с содержанием от 96 до 99.5%, остальное — кислород. Подходит для сварки меди.
Кислород
Активный, бесцветный, негорючий газ. Поставляется в синих баллонах с черной надписью. В чистом виде используется только для газопламенной резки и газовой сварки, поскольку активно поддерживает горение.
Для электросварки подается в качестве смеси с углекислотой или тройной смеси с углекислотой и аргоном. Содействует повышению тепловложения на поверхности материала, из-за чего форма проплавления становится не клиновидной, а в виде «гвоздя со шляпкой». Добавка кислорода улучшает капельный перенос металла. Подходит для сварки черных тонких металлов.
Водород
Активный газ, без запаха, цвета, поставляемый в зеленых баллонах с красной надписью. Используется при сварке только в смесях. Концентрация не превышает 10%. Применяется при сварке аустенитной нержавеющей стали. Смеси, где содержание водорода достигает 30-40%, подходят для плазменной резки нержавеющей стали, повышая мощность дуги и снижая количество нависающего на краях шлака.
