Флюсы, применяемые для сварки. Химический состав, способы изготовления.
Вопрос 1
Классификация электрической сварки плавлением. Сущность основных способов сварки.
Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения твердых материалов путем их местного сплавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами свариваемых материалов. Схема классификации основных способов сварки приведена на рис. 1.
Сварка плавлением
Электродуговая сварка. Необходимое для местного расплавления деталей и присадочного материала тепло образуется при горении электрической дуги между свариваемым металлом и электродом. По способу механизации сварка может быть ручная, полуавтоматическая и автоматическая. Механизированная (полуавтоматическая и автоматическая) сварка может быть под флюсом и в защитных газах.
Электрошлаковая сварка. Плавление основного металла и присадочного материала происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через расплавленный шлак (в период установившегося процесса).
Электроннолучевая сварка. Сварка выполняется в камерах с разряжением до 10-4 — 10-6 мм рт. ст. Тепло выделяется за счет бомбардировки зоны сварки электронным потоком, приобретающим высокие скорости в высоковольтной установке, имеющей мощность до 50 квт. Анодом является свариваемая деталь, а катодом — вольфрамовая нить или спираль, нагретая до температуры 2300° С.
Газовая сварка. Основной и присадочный металлы расплавляются высокотемпературным газокислородным пламенем (температура до 3200° С).
Импульсно-дуговая сварка. Сущность способа состоит в том, что сварочный ток не сохраняет постоянную величину, а поступает в дежурную сварочную дугу определенными кратковременными импульсами.
Плазменная сварка. Плавление металлов осуществляется плазменно-дуговой струей, имеющей температуру выше 10 000° С.
Лазерная сварка. Сварка основана на использовании фотоэлектронной энергии. При большом усилении световой луч способен плавить металл. Для получения такого луча применяют специальные устройства — лазеры.
Сварка давлением
Контактная сварка. Место сварки разогревается или расплавляется теплом, образованным при прохождении электрического тока через контактируемые места изделий.
Ультразвуковая сварка. Сварка осуществляется за счет превращения при помощи специального преобразователя ультразвуковых колебаний в механические высокой частоты и применения небольшого сдавливающего усилия.
Сварка трением. Сварка заключается в том, что вследствие трения одного из свариваемых стержней о другой место соединения разогревается; при приложении осевого усилия соединяемые металлы свариваются.
Холодная сварка. Сварка основана на способности металла образовывать общие кристаллы при значительном давлении.
Газопрессовая сварка. Сварка осуществляется нагреванием концов стержней или труб по всему периметру окружности многопламенными горелками до пластического состояния или плавления с их последующим сжатием.
Термитная сварка. Процесс сварки заключается в том, что свариваемые детали закладываются в огнеупорную форму, а в установленный сверху тигель засыпается термит — порошок из алюминия и окиси железа. При горении термита окись железа восстанавливается, а образующийся при этом жидкий металл при заполнении формы оплавляет и соединяет кромки свариваемых изделий.
Сварка токами высокой частоты. Этот способ сварки основан на разогреве токами высокой частоты концов стыкуемых стержней или труб до пластического состояния с последующим приложением осевых усилий для получения неразъемного соединения.
Источник:Электросварка. В. П. Фоминых А. П. Яковлев
http://tehinfor.ru/s_14/svarka_2.html
Вопрос 2
Производство флюса
Технология производства плавленого сварочного флюса представлена на рисунке ниже.
Рисунок. Технология производства плавленого флюса
Основные этапы технологии производства:
1. Подготовка шихты
2. Выплавка флюса
3. Грануляция
4. Обработка
5. Контроль качества произведенного флюса
6. Упаковка
Компоненты флюса должны храниться раздельно по партиям согласно нормативно-технической документации. При подготовке шихты выполняются крупное, среднее и мелкое дробление кусковых компонентов, их мойка и сушка. Далее производятся их взвешивание, дозировка согласно рецепту и смешивание.
Выплавка флюса осуществляется в электродуговых или газопламенных печах. Сварочный флюс после выплавки в газопламенной печи всегда гранулируется мокрым способом и получается стекловидным, а флюс, выплавленный в электродуговой печи может гранулироваться сухим способом и быть пемзовидным.
Грануляция флюса может выполняться мокрым и сухим способом. При мокрой грануляции расплав выливается в наполненный водой бассейн и при соприкосновении с холодной водой делится на мелкие частицы. При сухом способе грануляции расплав сливают в металлический поддон или изложницу с последующим дроблением слитка.
При обработке флюса выполняются его сушка, дробление и просеивание. По окончании просеивания мелкую и крупную фракции, не соответствующие ТУ, возвращают на переплав.
При контроле качества флюса проверяются размер зерен, удельный вес, химический состав, влажность и другие характеристики.
Упаковка флюса может осуществляться в полиэтиленовые мешки, пятислойные бумажные мешки, металлические барабаны или ящики.
Источник: http://www.osvarke.com/flux.html
Вопрос 3
Подготовка металла под сварку
Сварка листов из низколегированной стали или углеродистой успешно сваривается в среде углекислого газа. При этом сварку тонких листов (толщиной 0,6-1,0мм) сваривают с отбортовой кромок. Допускается сварка без отбортовки, но зазор между свариваемыми кромками не должен превышать 0,3-0,5мм.
Сварку листов толщиной 1-8мм допускается производить без разделки кромок. Максимально допустимый зазор при этом составляет 1,0мм. На листах толщиной 8-12мм выполняют V-образную разделку. Если толщина свариваемого металла превышает 12мм, то рекомендуется X-образная разделка.
Перед началом сварки сварные кромки тщательно зачищаются до металлического блеска от краски, масла, окалины и других загрязнений. Можно делать это вручную, можно применить дробеструйную или пескоструйную обработку. Если перед сваркой необходимо прихватить детали, то прихватка углеродистых сталей выполняются вручную электродами Э42, Э42А, либо полуавтоматом в углекислом газе. Прихватка легированных сталей выполняется электродами соответствующего назначения.
Вопрос 4
Вопрос 5
Вопрос 6
Вопрос 7
Плазменная сварка
Плазменная сварка – это сварка с помощью направленного потока плазменной дуги. Имеет много общего с технологией аргонной сварки.
Общепринятые обозначения
PAW – Plasma Arc Welding – сварка плазменной дугой
Рисунок. Схема процесса плазменной сварки
Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в нее плазмообразующего газа. Схема получения плазменной дуги приведена на рисунке выше. Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве – плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность – количество энергии, приходящееся на единицу площади. Температура в столбе обычной дуги, горящей в среде аргона, и паров железа составляет 5000–7000°С. Температура в плазменной дуге достигает 30 000°С.
Одновременно со сжатием в зону плазменной дуги вдувается плазмообразующий газ, который нагревается дугой, ионизируется и в результате теплового расширения увеличивается в объеме в 50–100 раз. Это заставляет газ истекать из канала сопла плазмотрона с высокой скоростью. Кинетическая энергия движущихся ионизированных частиц плазмообразующего газа дополняет тепловую энергию, выделяющуюся в дуге в результате происходящих электрических процессов. Поэтому плазменная дуга является более мощным источником энергии, чем обычная.
Основными чертами, отличающими плазменную дугу от обычной, являются:
• более высокая температура;
• меньший диаметр дуги;
• цилиндрическая форма дуги (в отличие от обычной конической);
• давление дуги на металл в 6–10 раз выше, чем у обычной;
• возможность поддерживать дугу на малых токах (0,2–30 А).
Перечисленные отличительные черты делают плазменную дугу по сравнению с обычной более универсальным источником нагрева металла. Она обеспечивает более глубокое проплавление металла при одновременном уменьшении объема его расплавления. На рисунке приведена форма проплавления для обычной дуги и плазменной. Из рисунка видно, что плазменная дуга – более концентрированный источник нагрева и позволяет без разделки кромок сваривать большие толщины металла. Из-за своей цилиндрической формы и возможности существенно увеличить длину такая дуга позволяет вести сварку в труднодоступных местах, а также при колебаниях расстояния от сопла горелки до изделия.
Рисунок. Форма проплавления для обычной и плазменной дуги
Возможны две схемы процесса:
• сварка плазменной дугой, когда дуга горит между неплавящимся электродом и изделием,
• и плазменной струей, когда дуга горит между неплавящимся электродом и соплом плазмотрона и выдувается потоком газа.
Первая схема наиболее распространена.
В качестве плазмообразующего газа при сварке используется обычно аргон, иногда с добавками гелия или водорода. В качестве защитного газа используется чаще всего также аргон. Материал электрода – вольфрам, активированный иттрием, лантаном или торием, а также гафний и медь.
Разновидности
В зависимости от силы тока различают три разновидности плазменной сварки:
• микроплазменная (Iсв = 0,1–25А);
• на средних токах (Iсв = 50–150А);
• на больших токах (Iсв > 150А).
Микроплазменная сварка
Наиболее распространенной является микроплазменная сварка. В связи с достаточно высокой степенью ионизации газа в плазмотроне и при использовании вольфрамовых электродов диаметром 1–2 мм плазменная дуга может гореть при очень малых токах, начиная с 0,1 А.
Рисунок. Схема процесса микроплазменной сварки
Специальный малоамперный источник питания (см. рисунок выше) постоянного тока предназначен для получения дежурной дуги, непрерывно горящей между электродом и медным водоохлаждаемым соплом. При подведении плазмотрона к изделию зажигается основная дуга, которая питается от источника. Плазмообразующий газ подается через сопло плазмотрона, имеющее диаметр 0,5–1,5 мм.
Защитный газ подается через керамическое сопло. Плазменная горелка охлаждается водой. Для зажигания дуги в сварочной установке имеются осцилляторы дежурной и основной дуги.
Микроплазменная сварка является весьма эффективным способом сплавления изделий малой толщины, до 1,5 мм. Диаметр плазменной дуги составляет около 2 мм, что позволяет сконцентрировать тепло на ограниченном участке изделия и нагревать зону сварки, не повреждая соседние участки. Такая дуга имеет цилиндрическую форму, поэтому глубина проплавления и другие параметры шва мало зависят от длины дуги, что позволяет при манипуляциях сварщиком горелкой избежать прожогов, характерных для обычной аргонодуговой сварки тонкого металла.
Основным газом, использующимся в качестве плазмообразующего и защитного, является аргон. Однако в зависимости от свариваемого металла к нему могут осуществляться добавки, увеличивающие эффективность процесса сварки. При сварке сталей к защитному аргону целесообразна добавка (8–10%) водорода, что позволяет повысить тепловую эффективность плазменной дуги. Это связано с диссоциацией водорода на периферии столба дуги и последующей его рекомбинацией с выделением тепла на поверхности свариваемого металла. При сварке низкоуглеродистых сталей к аргону возможна добавка углекислого газа, при сварке титана – добавка гелия.
Установки для микроплазменной сварки позволяют осуществлять сварку в различных режимах: непрерывный прямой полярности, импульсный прямой полярности (позволяет регулировать тепловложение), разнополярными импульсами (для алюминия, обеспечивает разрушение оксидной пленки), непрерывный обратной полярности. Наиболее распространенной установкой является МПУ-4у.
К основным параметрам процесса микроплазменной сварки относятся сила тока, напряжение, расход плазмообразующего и защитного газа, диаметр канала сопла, глубина погружения в сопло электрода, диаметр электрода.
Микроплазменная сварка успешно применяется при производстве тонкостенных труб и емкостей, приварке мембран и сильфонов к массивным деталям, соединении фольги, термопар, при изготовлении ювелирных изделий.
Рисунок. Формирование шва со сквозным проплавлением при плазменной сварке на больших токах
Металл с обратной стороны шва удерживается силами поверхностного натяжения. Диапазон режимов весьма ограничен, поскольку при сварке возможны прожоги.
Плазменная сварка на больших токах используется при сплавлении низкоуглеродистых и легированных сталей, меди, алюминиевых сплавов, титана и других материалов. Во многих случаях она позволяет значительно уменьшить затраты, связанные с разделкой кромок, повысить производительность, улучшить качество швов.
Плазменная сварка требует высокой культуры производства, соблюдения технологии заготовки и сборки, тщательного обеспечения условий охлаждения плазмотронов и правил их эксплуатации. Даже небольшие нарушения режима охлаждения плазмотрона вследствие высоких температур и малого диаметра сопла приводят к его разрушению.
Плазменная резка
Плазменная резка заключается в проплавлении разрезаемого металла за счет теплоты, генерируемой сжатой плазменной дугой, и интенсивном удалении расплава плазменной струей.
Общепринятые обозначения
PAC – Plasma Arc Cutting – резка плазменной дугой
Технология плазменной резки
Плазма представляет собой ионизированный газ с высокой температурой, способный проводить электрический ток. Плазменная дуга получается из обычной в специальном устройстве – плазмотроне – в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа. Различают две схемы:
• плазменно-дуговая резка и
• резка плазменной струей.
Рисунок. Схемы плазменной резки
При плазменно-дуговой резке дуга горит между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом (дуга прямого действия). Столб дуги совмещен с высокоскоростной плазменной струей, которая образуется из поступающего газа за счет его нагрева и ионизации под действием дуги. Для разрезания используется энергия одного из приэлектродных пятен дуги, плазмы столба и вытекающего из него факела.
При резке плазменной струей дуга горит между электродом и формирующим наконечником плазмотрона, а обрабатываемый объект не включен в электрическую цепь (дуга косвенного действия). Часть плазмы столба дуги выносится из плазмотрона в виде высокоскоростной плазменной струи, энергия которой и используется для разрезания.
Плазменно-дуговая резка более эффективна и широко применяется для обработки металлов. Резка плазменной струей используется реже и преимущественно для обработки неметаллических материалов, поскольку они не обязательно должны быть электропроводными.
Более подробная схема плазмотрона для плазменно-дуговой резки приведена на рисунке ниже.
Рисунок. Схема режущего плазмотрона
В корпусе плазмотрона находится цилиндрическая дуговая камера небольшого диаметра с выходным каналом, формирующим сжатую плазменную дугу. Электрод обычно расположен в тыльной стороне дуговой камеры. Непосредственное возбуждение плазмогенерирующей дуги между электродом и разрезаемым металлом, как правило, затруднительно. Поэтому вначале между электродом и наконечником плазмотрона зажигается дежурная дуга. Затем она выдувается из сопла, и при касании изделия ее факелом возникает рабочая режущая дуга, а дежурная дуга отключается.
Столб дуги заполняет формирующий канал. В дуговую камеру подается плазмообразующий газ. Он нагревается дугой, ионизируется и за счет теплового расширения увеличивается в объеме в 50–100 раз, что заставляет его истекать из сопла плазмотрона со скоростью до 2–3 км/c и больше. Температура в плазменной дуге может достигать 25000–30000°С.
Плазмообразующие газы
Технологические возможности процесса плазменной резки металла (скорость, качество и др.), а также характеристики основных узлов плазмотронов определяются прежде всего плазмообразующей средой. Влияние состава плазмообразующей среды на процесс резки:
• за счет изменения состава среды возможно регулирование в широких пределах количества тепловой энергии, выделяющейся в дуге, поскольку при определенной геометрии сопла и данном токе состав среды задает напряженность поля столба дуги внутри и вне сопла;
• состав плазмообразующей среды оказывает наибольшее влияние на максимально допустимое значение отношения тока к диаметру сопла, что позволяет регулировать плотность тока в дуге, величину теплового потока в полости реза и, таким образом, определять ширину реза и скорость резки;
• от состава плазмообразующей смеси зависит ее теплопроводность, определяющая эффективность передачи разрезаемому листу тепловой энергии, выделенной в дуге;
• в ряде случаев весьма значительной оказывается добавка тепловой энергии, выделившейся в результате химического взаимодействия плазмообразующей среды с разрезаемым металлом (она может быть соизмерима с электрической мощностью дуги);
• плазмообразующая среда при взаимодействии с выплавляемым металлом дает возможность изменять его вязкость, химический состав, величину поверхностного напряжения;
• подбирая состав плазмообразующей среды, можно создавать наилучшие условия для удаления расплавленного металла из полости реза, а также предотвратить образование подплывов на нижних кромках разрезаемого листа или делая их легко удаляемыми;
• от состава среды зависит характер физико-химических процессов на стенках реза и глубина газонасыщенного слоя, поэтому для определенных металлов и сплавов некоторые плазмообразующие смеси недопустимы (например, содержащие водород и азот в случае резки титана); диапазон допустимых смесей также сужается с увеличением толщины разрезаемых листов и теплопроводности материала.
От состава плазмообразующей среды зависят и характеристики оборудования:
• материал катода и конструкция катодного узла (способ крепления катода в плазмотроне и интенсивность его охлаждения);
• конструкция системы охлаждения сопел;
• мощность источника питания, а также форма его внешних статических характеристик и динамические свойства;
• схема управления оборудованием, поскольку состав и расход плазмообразующего газа полностью определяют циклограмму формирования рабочей дуги.
При выборе плазмообразующей среды также важно учитывать себестоимость процесса и дефицитность используемых материалов.
Таблица. Наиболее распространенные плазмообразующие газы
Таблица. Наиболее распространенные плазмообразующие газы
| Газ | Обрабатываемый металл | ||
| Алюминий, медь и сплавы на их основе | Коррозионно-стойкая сталь | Углеродистая и низколегированная сталь | |
| Сжатый воздух | Для заготовительной машинной резки | Для экономичной ручной и машинной резки | |
| Кислород | Не рекомендуется | – | Для машинной резки повышенного качества |
| Aзотно-кислородная смесь | Не рекомендуется | Для машинной резки с повышенной скоростью | |
| Азот | Для экономичной ручной и машинной резки | Для ручной и полуавтоматической резки | – |
| Aргоно-водородная смесь | Для резки кромок повышенного качества | Не рекомендуется |
Резка с применением воздуха в качестве плазмообразующей среды называется воздушно-плазменной резкой.
Рисунок. Скорость воздушно-плазменной резки углеродистой стали в зависимости от ее толщины и мощности дуги.
Недостатки плазменной резки по сравнению с газовыми способами резки:
• максимальная толщина реза обычно составляет 80–100 мм (кислородной резкой можно обрабатывать чугун и некоторые стали толщиной до 500 мм);
• более дорогое и сложное оборудование;
• повышенные требования к техническому обслуживанию;
• угол отклонения от перпендикулярности реза не должен превышать 10–50º в зависимости от толщины детали (в противном случае существенно расширяется рез, что приводит к быстрому износу расходных материалов);
• практически отсутствует возможность использования двух ручных резаков, подключенных к одному аппарату;
• повышенный шум вследствие истечения газа из плазматрона с околозвуковыми скоростями;
• вредные азотсодержащие выделения (при использовании азота) – для уменьшения разрезаемое изделие погружают в воду.
Фото. Образцы, полученные в результате плазменной резки – с высоким разрешением (сверху) и обычной (снизу). У верхнего образца верхний угол острый, а верхний угол у нижнего образца закруглен.
Вопрос 8
Вопрос 9
Защитные газы
В качестве защитных газов при сварке плавлением применяют инертные газы, активные газы и их смеси.
Инертные газы.
Инертными называют газы, не способные к химическим реакциям и практически не растворимые в металлах. Это одноатомные газы, атомы которых имеют заполненные электронами наружные электронные оболочки, чем и обусловлена их химическая инертность. Из инертных газов для сварки используют аргон, гелий и их смеси.
Аргон — негорючий и невзрывоопасный газ. Он не образует взрывчатых смесей с воздухом. Будучи тяжелее воздуха, аргон обеспечивает хорошую газовую защиту сварочной ванны. Аргон газообразный чистый поставляется согласно ГОСТ 10157—62 трех марок: А, Б и В (табл. 7-40). Содержание влаги для газообразного аргона всех трех марок не должно превышать 0,03 г/м3.
Аргон марки А рекомендуется применять для сварки и плавки активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе, а также для сварки особо ответственных изделий из других материалов на заключительных этапах изготовления. Аргон марки Б предназначен для сварки и плавки плавящимся и неплавящимся вольфрамовым электродом сплавов на основе алюминия и магния, а также других сплавов, чувствитель ных к примесям растворимых в металле газов. Аргон марки В рекомендуется для сварки и плавки хромоникелевых коррозионностойких и жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок и чистого алюминия.
Аргон следует хранить и транспортировать в стальных цельнотянутых баллонах, соответствующих требованиям ГОСТ 949—57. В баллоне при давлении 150 ат содержится около 6 м3 газообразного аргона. Баллон для хранения чистого аргона окрашен в нижней части в черный, а в верхней части — в белый цвет. На верхней части баллона черными буквами нанесена надпись «Аргон чистый». Аргон в основном получают из воздуха, в котором он содержится в относительно небольшом количестве (1,28% по массе). Производство аргона осуществляется на кислородных установках с аргонными приставками. В этих приставках сырой аргон очищается до необходимой степени чистоты от азота и кислорода. Гелий подобно аргону химически инертен, но в отличие от него значительно более легок. Гелий легче воздуха, что усложняет защиту сварочной ванны и требует большего расхода защитного газа. По сравнению с аргоном гелий обеспечивает более интенсивный нагрев зоны сварки, что обусловливается большим градиентом падения напряжения в дуге.
Гелийпоставляют по МРТУ 51—77—66 двух сортов — гелий высокой чистоты и гелий технический. Хранят и транспортируют гелий в стальных цельнотянутых баллонах при давлении до 150 ат. Баллоны с гелием окрашены в коричневый цвет с надписью белыми буквами «Гелий». Баллоны должны соответствовать требованиям ГОСТ. Гелий добывают из природных углеводородных газов путем их охлаждения в специальных установках. При этом газообразные метан, этан и другие углеводороды сжижаются, а гелий остается в газообразном состоянии, так как имеет очень низкую температуру сжижения (—269° С).
ТАБЛИЦА 7-40. СОСТАВ ГАЗООБРАЗНОГО АРГОНА (ГОСТ 10157—62), ОБ. %
| Содержание | A | Б | В |
| Аргона Кислорода Азота | 99,99 0,003 0,01 | 99,96 0,005 0,04 | 99,90 0,005 0,10 |
Особенно богаты гелием природные газы в США, что определяет широкое применение гелия для сварки в этой стране. В небольшом количестве гелий содержится в воздухе, и его подобно аргону получают в качестве побочного продукта в кислородных установках.
Инертные газовые смеси состоят, как правило, из аргона и гелия. Обладая большей плотностью, чем гелий, такие смеси лучше защищают металл сварочной ванны от воздуха. Особенно хорошими защитными свойствами обладает инертная газовая смесь, состоящая из 70 об.% аргона и 30. об.% гелия. Плотность такой смеси близка к плотности воздуха. Для сварки химически активных металлов находит применение инертная смесь, содержащая 60—65 об. % гелия, а остальное аргон. Инертные газовые смеси хотя заметно дороже, чем аргон, но превосходят его по интенсивности выделения теплоты электрической дуги в зоне сварки. Это имеет существенное значение при сварке металлов с высокой теплопроводностью.
Инертные газовые смеси требуемого состава обычно получают путем смешивания газов, поступающих из двух- отдельных баллонов, при помощи специальных смесителей. Некоторые зарубежные фирмы поставляют в баллонах готовую аргоно-гелиевую смесь требуемого состава.
Смеси инертных и активных газов находят все более широкое применение при сварке плавящимся электродом сталей различных классов ввиду их технологических преимуществ: меньшей по сравнению с активными газами интенсивностью химического воздействия на металл сварочной ванны, высокой устойчивости дугового процесса, благоприятного характера переноса электродного металла через дугу. По сравнению с чистым аргоном смеси инертных и активных газов имеют преимущества при сварке конструкционных сталей. Известно, что при плавящемся электроде лучшие характеристики процесса сварки обычно достигаются на постоянном токе обратной полярности. Однако при сварке стали применение в качестве защитного газа чистого аргона сопровождается нестабильностью положения катодного пятна на поверхности изделия. В результате получаются плохо сформированные сварные швы.
Добавка к аргону небольшого количества кислорода или другого окислительного газа существенно повышает устойчивость горения дуги и улучшает качество формирования сварных швов. Наличие кислорода в атмосфере дуги способствует более мелкокапельному переносу электродного металла. Это обусловлено поверхностно-активным действием кислорода на железо и его сплавы. Растворяясь в жидком металле и скапливаясь преимущественно на поверхности, кислород значительно снижает его поверхностное натяжение. В результате облегчается образование отдельных капель металла, а их размер уменьшается. Поэтому для сварки стали применяют не чистый аргон, а смеси с кислородом и углекислым газом Аr—О2, Аr—СО2, Аr—СО2—О2.
Рис. 7-37. Форма провара при сварке в защитных газах:
а — в аргоне;
б — в углекислом газе
Для сварки аустенитных сталей плавящимся электродом рекомендуется применять аргон с добавкой 1 об. % кислорода. Такая газовая смесь обеспечивает устойчивый процесс сварки и вместе с тем слабо окисляет металл сварочной ванны. Смесь аргона с 2 или 5 об.% кислорода целесообразно применять при сварке ферритных сталей, когда требуется струйный перенос электродного металла. При сварке в таких газовых смесях качество формирования швов высокое, з разбрызгивание электродного металла очень невелико. Недостатками упомянутых смесей аргона с кислородом являются интенсивное излучение дуги и характерное для аргона пальцевидное проплавление основного металла.
В этом отношении значительно лучшими являются смеси, содержащие углекислый газ. При сварке в смесях Аr +20% СО2 и Аr + (15-=-30%) СО2 + 5% О2 интенсивность излучения столба дуги относительно невелика, а форма проплавления основного металла такая же, как и у углекислого газа (рис. 7-37). Вместе с тем эти смеси по химическому воздействию на металл сварочной ванны приближаются к углекислому газу.
Неблагоприятные изменения химического состава металла сварочной ванны происходят при защите углекислым газом. Металл науглероживается, а содержание марганца, ниобия и кремния заметно снижается. В результате снижается коррозионная стойкость металла шва, характеризуемая соотношением концентраций ниобия и углерода. Металл шва, сваренный в смеси Аr +1 % О2, наименее отличается по химическому составу от исходной сварочной проволоки. Швы, сваренные в газовых смесях, содержащих углекислый газ, занимают в этом отношении промежуточное положение. Вместе с тем окисление металла сварочной ванны входящими в состав газовых смесей активными газами имеет и положительное значение.
Аргоно-водородную смесь (до 20 об. % Н2) применяют при микроплазменной сварке. Наличие водорода в смеси обеспечивает сжатие столба плазмы, делает его более острым, сконцентрированным. Кроме того, водород создает в зоне сварки необходимую в ряде случаев восстановительную атмосферу.
При транспортировке баллонов с газом и работе с ними необходимо соблюдать правила обращения с баллонами высокого давления. Вследствие высокого внутреннего давления стенки баллонов находятся в напряженном состоянии и всякое местное возрастание напряжений может служить причиной разрушения недостаточно высококачественного баллона. Поэтому баллоны со сжатыми газами нельзя бросать и подвергать ударам и нагреву. Особую осторожность следует соблюдать зимой. У рабочего места баллон должен быть размещен вертикально и обязательно закреплен.
Активные газы.
Активными защитными газами называют газы, способные защищать зону сварки от доступа воздуха и вместе с тем химически реагирующие со свариваемым металлом или физически растворяющиеся в нем. При дуговой сварке стали в качестве защитной среды применяют углекислый газ. Ввиду химической активности его по отношению к вольфраму сварку в этом газе ведут только плавящимся электродом. Применение углекислого газа обеспечивает надежную защиту зоны сварки от соприкосновения с воздухом и предупреждает азотирование металла шва. Углекислый газ оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие. Из легирующих элементов ванны наиболее сильно окисляются алюминий, титан и цирконий, менее интенсивно — кремний, марганец, хром, ванадий и др.
Препятствием для применения углекислого газа в качестве защитной среды прежде являлись поры в швах. Поры вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения СО вследствие недостаточной его раскисленности. Применение сварочных проволок с повышенным содержанием кремния устранило этот недостаток, что позволило широко использовать углекислый газ в сварочном производстве.
Углекислый газ (двуокись углерода) бесцветен, не ядовит, тяжелее воздуха. При давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0° С плотность углекислого газа равна 1,97686 г/л, что в 1,5 раза больше плотности воздуха. Углекислый газ хорошо растворяется в воде. Жидкая углекислота — бесцветная жидкость, плотность которой сильно изменяется с изменением температуры. Вследствие этого она поставляется по массе, а не по объему. При испарении 1 кг жидкой углекислоты в нормальных условиях (760 мм рт. ст., 0° С) образуется 509 л углекислого газа. В промышленном масштабе углекислоту получают в специальных установках путем извлечения ее из дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, из газов брожения в спиртовой промышленности и газов, получающихся при обжиге известняка. Углекислоту транспортируют в жидком состоянии в стальных баллонах или изотермических емкостях. В стальных баллонах углекислота находится под давлением до 50 ат, откуда отбирается в газообразном состоянии. Баллоны должны соответствовать требованиям ГОСТ 949—57, быть окрашенными в черный цвет с надписью «СО2 сварочный», нанесенной желтой масляной краской. В обычный стандартный баллон емкостью 40 л заливают 25 кг углекислоты, при испарении которой образуется 12 600 л газа.
В углекислом газе не должны содержаться минеральные масла, глицерин, сероводород, соляная, серная и азотная кислоты, спирты, эфиры, органические кислоты и аммиак. В баллонах со сварочной углекислотой, кроме того, не должно быть воды. Ввиду дефицитности сварочной углекислоты I сорта для сварки находит применение сварочная углекислота II сорта и пищевая. Повышенное содержание водяных паров в такой углекислоте может при сварке привести к образованию пор в швах и снизить пластические свойства сварного соединения.
Влажность газа повышается в начале и конце отбора газа из баллона, поэтому в этих случаях чаще всего появляются дефекты в швах. Чтобы снизить содержание влаги в поступающем на сварку углекислом газе до безопасного уровня, на его пути устанавливают осушитель. Для улавливания влаги осушитель заполнен хлористым кальцием, силикагелем или другими поглотителями влаги. При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой углекислоты газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом. Во избежание этого рекомендуется подогревать выходящий из баллона углекислый газ.
Для сварки может быть применена и твердая двуокись углерода (сухой лед), поставляемая по ГОСТ 12162—66 двух марок — пищевая и техническая. По содержанию примесей пищевая двуокись углерода соответствует тр