info@svartek.ru
II. MIG/MAG сварка в газовых смесях
Если рассматривать применение сварочных газов только с точки зрения получения наилучшей защиты реакционного пространства сварочной дуги от наружного воздуха, то оптимальным защитным газом будет аргон. Аргон тяжелее воздуха (плотность 1,78 кг/м3), обладает низким потенциалом ионизации (15,7 В), не вступает в химические взаимодействия с другими элементами и в достаточных количествах содержится в свободном виде (0,9325% об., или 0,00007% вес.) [7], что позволяет получать его из воздуха в ректификационных установках. В настоящее время аргон широко применяется в качестве защитного газа при сварке алюминиевых сплавов и высоколегированных сталей (особенно нержавеющих хромоникелевых). Однако при сварке углеродистых и низколегированных сталей основных структурных классов на российских предприятиях основным защитным газом для MIG/MAG процесса продолжает оставаться углекислый газ СО2. Между тем применение аргона позволяет повысить температуру сварочной дуги, что улучшает проплавление сварного шва, увеличивая производительность сварки в целом. При этом проплавление приобретает «кинжальную» форму, что позволяет выполнять однопроходную сварку в щелевую разделку металла бóльших толщин. При сварке в среде аргона (как и иных инертных газов) минимизируется выгорание активных легирующих элементов, что позволяет использовать более дешевые сварочные проволоки. Однако применение углекислого газа при сварке плавящимся электродом имеет свои преимущества, связанные прежде всего с химико-металлургическими процессами, происходящими при сварке. Углекислый газ имеет высокую плотность (приблизительно в 1,5 раза выше, чем у воздуха) и сам по себе способен обеспечить качественную защиту реакционного пространства; его потенциал ионизации, равный 14,3 В, дает возможность использовать при сварке эффект диссоциации молекул углекислого газа на оксид углерода СО и свободный кислород:
СО2 ↔ СО + О
СО ↔ С + О
В качестве защитных газовых смесей для сварки плавящимся электродом во всех промышленно развитых странах давно уже не применяют чистый углекислый газ. Для этого используются газовые смеси. От выбора защитной газовой смеси зависит качество сварки. Так, смеси, содержащие в своем составе гелий, повышают температуру сварочной дуги, что улучшает проплавление сварного шва, увеличивая производительность сварки в целом. Повышение производительности сварочных работ при применении газовых смесей составляет не менее 30-50%. Гораздо более значителен эффект от их применения по предприятию в целом. Например, применение газовых смесей при полуавтоматической сварке металла, подлежащего дальнейшей покраске, не требует последующей зачистки сварного шва и околошовной зоны. Сварной шов получается формы и чистоты вполне пригодной для дальнейшей покраски. Это обеспечивает значительное повышение производительности труда при дальнейших работах со сваренными изделиями на предприятии. Кроме того, применение газовых смесей при полуавтоматической сварке обеспечивает еще и повышенные свойства металла сварного соединения, что в ряде случаев позволяет отказаться от последующей термообработки, что всегда трудоемко. Данные защитные газовые смеси применимы для электродуговой сварки как углеродистых, так и легированных сталей. Рассмотрим составы газовых смесей, чаще всего применяемых при дуговой сварке [3].
Защитные газовые смеси для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом
Газовая смесь НН-1 (Helishield H3). Это инертная газовая смесь, состоящая из 30% гелия и 70% аргона. Дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки, более ровная поверхность шва.
Газовая смесь НН-2 (Helishield H5). Это инертная газовая смесь, состоящая из 50% гелия и 50% аргона. Наиболее универсальная газовая смесь, подходит для сварки материалов практически любой толщины.
Защитные газовые смеси для сварки плавящимся электродом
Газовая смесь К-2 (Pureshield P31). Это наиболее универсальная из всех смесей для углеродисто-конструкционных сталей. Состоит из 82% аргона и 18% углекислого газа. Подходит практически для всех типов материалов.
Газовая смесь К-3.1 (Argoshield 5). Эта смесь состоит из 92% аргона, 6% углекислого газа, 2% кислорода. Разработана для листовых и узких профильных (сортовых) сталей. Дает устойчивую дугу с низ-ким уровнем разбрызгивания, небольшим усилением и плоским гладким профилем сварного шва. Смесь превосходна для глубокого провара и идеально подходит для сварки листового металла.
Газовая смесь К-3.2 (Argoshield TC). Это смесь 86% аргона, 12% углекислого газа, 2% кислорода. Дает устойчивую дугу с широкой зоной нагрева и хорошим проваром профиля, подходит для глубокого провара, сварки коротких швов и для наплавки. Может использоваться для сварки во всех положениях. Идеально подходит для ручной, автоматической и сварки с применением робота-автомата.
Газовая смесь К-3.3 (Argoshield 20). Это смесь 78% аргона, 20% углекислого газа, 2% кислорода. Специально разработана для глубокого провара широкого ассортимента профилей. Смесь хорошо подходит для наплавки и сварки толстых прокатных (сортовых) сталей.
Газовая смесь НП-1 (Helishield HI). Это смесь 85% гелия, 13,5% аргона, 1,5% углекислого газа. Данная смесь дает великолепные чистые швы с гладким профилем и незначительное, либо не дает совсем, окисление поверхности. Идеально подходит для тонких материалов, где высокая скорость прохода дает низкий уровень деформации (искривления) металла.
Газовая смесь НП-2 (Helishield H7). Это смесь 55% гелия, 43% аргона, 2% углекислого газа. Придает низкий уровень сварочному армированию и обеспечивает высокую скорость сварки. Смесь хорошо подходит для автоматической сварки и для применения роботов-автоматов с использованием широкого спектра толщин свариваемых материалов.
Газовая смесь НП-3 (Helishield H101). Это смесь 38% гелия, 60% аргона, 2% углекислого газа. Придает стабильность дуге, что обеспечивает низкий уровень разбрызгивания и снижает вероятность появления дефектов шва. Газовая смесь НП-3 рекомендуется для сварки материалов толщиной свыше 9 мм. Состав газовой смеси оказывает влияние практически на все параметры режима сварки. Результаты исследований, проведенных ЗАО НПФ «Инженерный и технологический сервис» (Санкт-Петербург) представлены в Таблице 1.
Таблица 1. Влияние газовой смеси на параметры сварки (сварка проволокой Св-10ГСМТ ø 1,4 мм)
[3]
ОБЗОР ОБОРУДОВАНИЯ
| Защитный газ | I св, А | U д, В | Q, кг/час | Ψ, % | Ά нб , % |
|
CO 2 |
200 — 210 | 22 — 23 | 2,3 | 4,7 | 1,5 |
| 300 — 310 | 30 — 33 | 4,3 | 6,7 | 2,0 | |
|
97%Ar + 3%O 2 |
200 — 210 | 21 — 22 | 3,0 | 1,4 | 0,2 |
| 300 — 310 | 29 — 30 | 4,3 | 0,5 | — | |
|
82% Ar + 18% CO 2 |
200 — 210 | 24 — 25 | 3,7 | 3,8 | 0,3 |
| 300 — 310 | 30 — 31 | 6,0 | 2,9 | 0,3 | |
|
78% Ar + 20% CO 2 + 2%O 2 |
200 — 210 | 25 — 26 | 3,7 | 3,2 | 0,2 |
| 300 — 310 | 30 -31 | 6,0 | 2,9 | 0,2 | |
|
86% Ar + 12% CO 2 + 2%O 2 |
200 — 210 | 21 — 22 | 3,1 | 1,4 | 0,2 |
| 300 — 310 | 29 — 30 | 4,4 | 0,5 | — |
где:
Iсв ток сварки,
Uд напряжение дуги,
Q количество наплавленного металла в единицу времени,
ψ коэффициент потерь металла на разбрызгивание,
Анб коэффициент набрызгивания, определяющий трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей.
Влияние состава газовой смеси на свойства металла шва наглядно представлено в Таблице 2:
Таблица 2. Влияние газовой смеси на свойства металла (сварка проволокой Св-10ГСМТ ø 1,4 мм, ток сварки 250А, напряжение дуги 23-25 В)
| Защитныйгаз | σ т , МПа | σ в , МПа | δ, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | |
| +20ºС | -40ºС | |||||
| СО 2 | 401 | 546 | 27,0 | 62,4 | 14,1 | 8,4 |
| 97%Ar + 3%О 2 | 385 | 590 | 28,0 | 60,0 | 20,0 | 12,0 |
| 82%Ar + 18%СО 2 | 395 | 580 | 30,0 | 65,0 | 24,0 | 16,0 |
| 78%Ar + 20%СО 2 + 2%О 2 | 392 | 583 | 29,5 | 63,5 | 23,5 | 15,3 |
| 86%Ar + 12%СО 2 + 2%О 2 | 390 | 585 | 29,0 | 63,0 | 24,0 | 15,8 |
где:
σ т предел текучести,
σ в предел прочности,
δ относительное удлинение,
ψ относительное укорочение,
KCU ударная вязкость.
Для каждой из этих смесей рекомендуются свои режимы сварки (см. Таблицу 3), учитывающие особенности химико-металлургических процессов, происходящих в сварочной ванне, в которых участвуют составляющие газовых смесей (углекислый газ и кислород).
Таблица 3. Рекомендуемые газовые смеси при полуавтоматической сварке плавящимся электродом различных типов и толщин материалов
| Исходный материал |
Толщина, мм | Рекомендуемая смесь | Диаметр сварочной проволоки, мм | Скорость сварки, мм/мин | Ток сварки I св , А |
Напряжение дуги U д , В | Скорость подачи проволоки, м/мин | Расход газа, л/мин |
| Углеродистые конструкционные стали | 1,0 | К-3.1 | 0,8 | 350-600 | 45-65 | 14-15 | 3,5-4,0 | 12 |
| 1,6 | К-3.1 | 0,8 | 400-600 | 70-80 | 15-16 | 4,0-5,3 | 14 | |
| 3,0 | К-3.2 | 1,0 | 280-520 | 120-160 | 17-19 | 4,0-5,2 | 15 | |
| 6,0 | К-3.2 | 1,0 | 300-450 | 140-160 | 17-18 | 4,0-5,0 | 15 | |
| 6,0 | К-3.2 | 1,2 | 420-530 | 250-270 | 26-28 | 6,6-7,3 | 16 | |
| 10,0 | К-3.2 | 1,2 | 300-450 | 140-160 | 17-18 | 3,2-4,0 | 15 | |
| 10,0 | К-2 | 1,2 | 400-480 | 270-310 | 26-28 | 7,0-7,8 | 16 | |
| 10,0 | К-2 | 1,2 | 300-450 | 140-160 | 17-18 | 3,2-4,0 | 15 | |
| 10,0 | К-3.3 | 1,2 | 370-440 | 290-330 | 26-31 | 10,0-12,0 | 17 | |
| Легированные стали | 1,6 | НП-1 | 0,8 | 410-600 | 70-85 | 19-20 | 6,5-7,1 | 12 |
| 3,0 | НП-2 | 1,0 | 400-600 | 100-125 | 16-19 | 5,0-6,0 | 13 | |
| 6,0 | НП-2 | 1,0 | 280-520 | 120-150 | 16-19 | 4,0-6,0 | 14 | |
| 6,0 | НП-2 | 1,2 | 500-650 | 220-250 | 25-29 | 7,0-9,0 | 14 | |
| 10,0 | НП-3 | 1,2 | 250-450 | 120-150 | 16-19 | 4,0-6,0 | 14 | |
| 10,0 | НП-3 | 1,2 | 450-600 | 260-280 | 26-30 | 8,0-9,5 | 14 | |
| 10,0 | НП-3 | 1,2 | 220-400 | 120-150 | 16-19 | 4,0-6,0 | 15 | |
| 10,0 | НП-3 | 1,2 | 400-600 | 270-310 | 28-31 | 9,0-10,5 | 15 | |
| Алюминиевые сплавы | 1,6 | НП-1 | 1,0 | 450-600 | 70-100 | 17-18 | 4,0-6,0 | 14 |
| 3,0 | НП-1 | 1,2 | 500-700 | 105-120 | 17-20 | 5,0-7,0 | 14 | |
| 6,0 | НП-1 | 1,2 | 450-600 | 120-140 | 20-24 | 6,5-8,5 | 14 | |
| 6,0 | НП-2 | 1,2 | 550-800 | 160-200 | 27-30 | 8,0-10,0 | 14 | |
| 10,0 | НП-2 | 1,2 | 450-600 | 120-140 | 20-24 | 6,5-8,5 | 16 | |
| 10,0 | НП-2 | 1,6 | 500-700 | 240-300 | 29-32 | 7,0-10,0 | 16 | |
| 10,0 | НП-2 | 1,2-1,6 | 400-500 | 130-200 | 20-26 | 6,5-8,0 | 18 | |
| 10,0 | НП-3 | 1,6-2,4 | 450-700 | 300-500 | 32-40 | 9,0-14,0 | 18 |