Использование газовых смесей статьи, аналитика

Широко применяемый в сварочном производстве способ защиты сварочной ванны с помощью однокомпонентных газов (двуокись углерода или аргон) со временем не стал удовлетворять требованиям качества и производительности. Дальнейшим этапом повышения эффективности сварки при изготовлении сварных металлоконструкций стало применение многокомпонентных газовых смесей на основе аргона. Изменяя состав газовой смеси можно в определенных пределах можно изменять свойства металла шва и сварного соединения в целом. Преимущества процесса сварки в газовых смесях на основе аргона проявляется в том, что возможен струйный и управляемый процесс переноса электродного металла. Эти изменения сварочной дуги - эффективный способ управления ее технологическими характеристиками: производительности, величиной потерь электродного металла на разбрызгивание, формой и механическими свойствами металла шва, а также величиной проплавления основного металла.

Процентное содержание того или иного газа в смеси принимается исходя из толщины свариваемого металла, степени его легирования и требований, предъявляемых к сварным соединениям в зависимости от условий эксплуатации изделия. Области применения различных газовых смесей при сварке плавящимся электродом приведены в таблице 1, режимы сварки в таблицах 2 и 3. Данные смеси проверены практикой, что позволяет рекомендовать их применение для получения качественного сварного соединения.

Инертная газовая смесь, состоящая из 30% He + 70% Ar дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки. Более ровная поверхность шва и, следовательно, меньшее использование сварочной проволоки; Инертная газовая смесь, состоящая из 50% He + 50% Ar подходит для сварки материалов практически любой толщины; Инертная газовая смесь, состоящая из 70% He + 30% Ar , наиболее применима для сварки тонких материалов, может существенно понизить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить, или даже устранить, необходимость подогрева. Сварка неплавящимся электродом с использованием газовых сварочных смесей на основе инертных газов применяется для соединения цветных металлов и легированных сталей.

Таблица 1 Газовые сварочные смеси и рекомендуемая область их применения

Состав газовой сварочной смеси	Свариваемые материалы	Область применения
80-95% Ar + 20-5% CO2	Углеродистые и легированные конструкционные стали	Капельный или струйный перенос электродного металла. Стабильность дуги. Сварка металлов широкого спектра толщин.
92% Ar + 6% CO2 + 2% O2	Углеродистые и легированные конструкционные стали	Капельный или струйный перенос электродного металла. Идеально подходит для сварки металлов малых толщин.
85% He + 13, 5% Ar + 1, 5% CO2	Легированные и углеродистые конструкционные стали	Сварка пульсирующей дугой. Дает великолепные чистые швы с гладким профилем с незначительным окислением поверхности. Идеален для тонких материалов, где высокая скорость сварки дает низкий уровень деформации материала.
43% Ar + 55% He + 2% CO2	Легированные и углеродистые конструкционные стали	Низкий уровень армирования металла шва и околошовной зоны. Подходит для сварки металлов широкого спектра толщин.
60% Ar + 38% He + 2% CO2	Легированные и углеродистые конструкционные стали	Капельный или струйный перенос электродного металла. Придает стабильность дуге, что обеспечивает низкий уровень разбрызгивания и снижает появление дефектов шва.
70% Ar + 30% He	Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали	Инертная газовая смесь. Дает более эффектный нагрев, чем чистый аргон. Увеличивает скорость сварки. Обеспечивает глубокий провар, низкую пористость и ровную поверхность сварного шва.
50% Ar + 50% He	Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали	Инертная, наиболее универсальная газовая смесь для сварки материалов любой толщины.
30% Ar + 70% He	Цветные металлы и их сплавы. Средне и высоколегированные стали	Инертная смесь, используется для толстых материалов, что позволяет существенно увеличить скорость сварки, уменьшить пористость и снизить применение необходимости подогрева. Дает ровный сварной шов с более глубоким проплавлением и меньшими дефектами.

Таблица 2 Рекомендуемые защитные газовые смеси и режимы сварки в зависимости от типа и толщины материала (сварка плавящимся электродом).

Материал	Толщина, мм	Рекомендуемая смесь	Диам . свар . п ров , мм	Скорость сварки, мм /мин	I св , А	U д , В	Скорость подачи проволоки, м /мин	Расход газа, л /мин
Углеродистые конструкционные стали	1	92%Ar + 6%CO2 + 2%O2	0, 8	350-600	45-65	14-15	3, 5-4, 0	12
	1, 6	92%Ar + 6%CO2 + 2%O2	0, 8	400-600	70-80	15-16	4, 0-5, 3	14
	3	92%Ar + 12%CO2 + 2%O2	1	280-520	120-160	17-19	4, 0-5, 2	15
	6	92%Ar + 12%CO2 + 2%O2	1	300-450	140-160	17-18	4, 0-5, 0	15
	6	92%Ar + 12%CO2 + 2%O2	1, 2	420-530	250-270	26-28	6, 6-7, 3	16
	10	92%Ar + 12%CO2 + 2%O2	1, 2	300-450	140-160	17-18	3, 2-4, 0	15
	10	82%Ar + 18%CO2	1, 2	400-480	270-310	26-28	7, 0-7, 8	16
	>10, 0	82%Ar + 18%CO2	1, 2	300-450	140-160	17-18	3, 2-4, 0	15
	>10, 0	92%Ar + 20%CO2 + 2%O2	1, 2	370-440	290-330	28-31	10.дек	17
Легированные стали	1, 6	85%He + 13, 5%Ar + 1, 5%CO2	0, 8	410-600	70-85	19-20	6, 5-7, 1	12
	3	55%He + 43%Ar + 2%CO2	1	400-600	100-125	16-19	5, 0-6, 0	13
	6	55%He + 43%Ar + 2%CO2	1	280-520	120-150	16-19	4, 0-6, 0	14
	6	55%He + 43%Ar + 2%CO2	1, 2	500-650	220-250	25-29	7, 0-9, 0	14
	10	38%He + 60%Ar + 2%CO2	1, 2	250-450	120-150	16-19	4, 0-6, 0	14
	10	38%He + 60%Ar + 2%CO2	1, 2	450-600	260-280	26-30	8, 0-9, 5	14
	>10, 0	38%He + 60%Ar + 2%CO2	1, 2	220-400	120-150	16-19	4, 0-6, 0	15
	>10, 0	38%He + 60%Ar + 2%CO2	1, 2	400-600	270-310	28-31	9, 0-10, 5	15
Алюминий и его сплав	1, 6	30%He + 70%Ar	1	450-600	70-100	17-18	4, 0-6, 0	14
	3	30%He + 70%Ar	1, 2	500-700	105-120	17-20	5, 0-7, 0	14
	6	30%He + 70%Ar	1, 2	450-600	120-140	20-24	6, 5-8, 5	14
	6	50%He + 50%Ar	1, 2	550-800	160-200	27-30	8, 0-10, 0	14
	10	50%He + 50%Ar	1, 2	450-600	120-140	20-24	6, 5-8, 5	16
	10	50%He + 50%Ar	1, 6	500-700	240-300	29-32	7, 0-9, 0	16
	>10, 0	50%He + 50%Ar	1, 2-1, 6	400-500	130-200	20-26	6, 5-8, 0	18
	>10, 0	70%He + 30%Ar	1, 2-1, 6	450-700	300-500	32-40	9, 0-14	18

Таблица 3 Рекомендуемые режимы сварки в смесях газов Ar + 12 ~ 18%CO2 (сварочная проволока СВ08Г2С ГОСТ 2246-70)

I св , A	U д , В	G, кг/ч	L эл , мм	D эл , мм	Ψ , %
250-260	23-24	3, 8	20	1, 6	2, 7
300-310	26-27	4, 5			1, 2
350-360	29-30	5, 2			0, 7
400-410	31-32	5, 4			0, 5
400-410	30-31	5, 3	25	2	0, 8
450-460	32-33	6, 5	25	2	1, 1

где Iсв - сварочный ток, A;
Uд - напряжение на дуге, В;
G - вес наплавленного метала, кг /ч;
D эл - диаметр электродной проволоки, мм;
L эл - вылет электродной проволоки, мм;
Ψ - потери электродной проволоки на разбрызгивание, %.

Сравнительная оценка технологических характеристик сварочной дуги и механических свойств наплавленного металла, таблица 4 и 5, наглядно показывают эффективность применения газовых смесей по сравнению с СО 2 . Аналогичные сравнительные показатели эффективности гигиенической оценки процесса сварки, таблица 6.

Таблица 4 Сравнительные технологические характеристики газовых смесей.

Защитный газ	I св , А	U д , В	Q, кг/ч	Y, %	a нб , %
СО 2	200-210	22-23	2, 3	4, 7	1, 5
СО 2	300-310	30-33	4, 3	6, 7	2
97%Ar + 3% O2	200-210	21-22	3	1, 4	0, 2
97%Ar + 3% O2	300-310	29-30	4, 7	0, 5	-
82%Ar + 18% CO2	200-210	24-25	3	3, 8	0, 3
82%Ar + 18% CO2	300-310	30-31	5, 3	2, 9	0, 3
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2	200-210	25-26	3, 7	3, 2	0, 2
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2	300-310	30-31	5, 3	2, 9	0, 2
86%Ar + 12% CO2 + 2% O2	200-210	21-22	3, 1	1, 4	0, 2
86%Ar + 12% CO2 + 2% O2	300-310	29-30	5, 2	0, 5	-

где Q - количество наплавленного металла за единицу времени, кг/ч;
Y - коэффициент потерь электродного металла на разбрызгивание, %:
a нб - коэффициент набрызгивания, определяющий трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей, %.
В таблице приведены средние значения коэффициентов по данным трех замеров.
Сварка образцов произведена проволокой марки Св-10ГСМТ, d 1, 4 мм.

Таблица 5 Механические свойства наплавленного металла

Защитный газ	s т , МПа	s б , МПа	d , %	Y, %	KCU, Дж/см 2
Защитный газ	s т , МПа	s б , МПа	d , %	Y, %	+ 20 °С	- 40 °С
СО 2	401	546	27	62, 4	14, 1	8, 4
97%Ar +3% O2	385	590	28	60	20	12
82%Ar + 18% CO2	395	580	30	65	24	16
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2	392	583	29, 5	63, 5	23, 5	15, 3
86%Ar + 12% CO2 + 2% O2	390	585	29	63	24	15, 8

В таблице приведены средние значения коэффициентов по данным трех замеров;
Сварка образцов произведена проволокой марки Св-10ГСМТ, d 1, 4 мм.
I св=250-260А; Uд=23-25В

Сопоставление уровня валовых выделений твердой составляющей сварочного аэрозоля (ТССА) для различных сочетаний "защитная среда - проволока" проводились при сварке на режимах с различной погонной энергией, обеспечивающей хорошее качество сварных соединений. При от-боре проб на исследование валовых выделений ТССА применен метод внутренней фильтрации на ткань ФПИ-15 и фильтры АФА-ХА-20 воздушного потока, аспирируемого из укрытия зоны свар-ки . Данные этих опытов приведены в таблице. По этим результатам можно сделать вывод о том, что благодаря уменьшению окислительного потенциала защитной среды, при сварке в смесях газа на основе аргона обеспечивается уменьше-ние валовых выделений твердой фракции сварочного аэрозоля, а в ней - снижение содержания токсичных выделений окислов марганца и хрома.

Таблица 6 Уровень валовых выделений и химический состав ТССА при сварке в защитных газах.

Защитная среда	Сварочная проволока	Режим сварки		Валовые выделения
Защитная среда	Сварочная проволока	I св , А	Uд , В	г /мин	г /кг
СО 2	Св-10ГСМТ d 1, 4 мм (в таблице приведены данные трех замеров)	230	28	0, 39	5, 6
		300	31	0, 83	9, 07
		350	33	0, 71	5, 35
Ar + СО 2		230	26	0, 38	5, 55
		300	28	0, 69	6, 59
		350	30	0, 46	3, 49
Ar + СО 2 + О2		230	26	0, 34	4, 98

Использование газовых смесей

Газовые сварочные смеси и рекомендуемая область их применения.

Защитные газовые смеси для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом.

Гигиеническая оценка процесса механизированной сварки углеродистой стали в СО 2 и многокомпонентных смесях на основе аргона.