Аргоновая сварка - особенности технологии

Если обычная не подходит, используется электродуговая сварка в аргоне или аргоновая. Какое её назначение, особенности применения, основы технологии, требуемое сварочное оборудование, достоинства и недостатки? Статья будет интересна всем интересующимся сваркой нержавеющих сталей и цветных металлов.

Что такое аргоновая сварка для чего она применяется

Электродуговая сварка в среде защитных газов применяется, когда необходимо изолировать процесс от взаимодействия с атмосферным воздухом. Наиболее популярным и эффективным является инертный газ аргон. Процесс с его использованием так и называется – аргонодуговая или, в обиходе, аргоновая сварка.

Она используется для сварки изделий из алюминия, титана, меди, нержавеющих сталей – металлов и сплавов, активно окисляющихся или имеющих в своём составе элементы, активно окисляющиеся кислородом воздуха.

Почему применяется именно аргон - его сравнение с гелием

Аргон, как уже было сказано, является инертным газом. Он не вступает в химическую реакцию ни с чем, что особенно важно при температурах выше тысячи градусов по Цельсию в зоне сварки.

Аналогичным свойством обладает ещё один инертный газ – гелий. Он стоит гораздо дороже аргона, потому применяется только в особенных случаях. Аргон имеет удельный вес на 38 % больше, чем воздух. За счёт этого он хорошо изолирует место сварки и защищает её от окисления.

Гелий в аналогичных условиях требует подачи в высокотемпературную зону газа под большим давлением и, соответственно, более высокого расхода защитного газа.

Из-за разного потенциала ионизации напряжение аргоновой дуги ниже, чем гелиевой. Её тепловыделение меньше, соответственно, меньше зона проплавления, меньше поперечное сечение шва. В отличие от гелиевой аргонная сварка образует длинный и узкий – пальцеобразный шов. На границе газ – жидкость у аргона величина поверхностного натяжения выше. В результате шовный валик получается более высоким с резкими переходами от основного металла ко шву.

Особенности сварного шва при аргонодуговой сварке

Чем больше угол между поверхностью основного металла и шва, тем больше возникает концентрация напряжений в зоне сварки. Если к соединению предъявляются достаточно высокие требования по равнопрочности, требуется после сварки произвести стачивание шовного валика

При правильном выборе материала электрода или присадки, режима сварки и способа защиты металл шва за счёт меньшего количества примесей обычно мягче основного металла. Для обеспечения прочности требуется, чтобы «мягкая» зона была как можно уже. Сварку сложнее выполнить технологически, но позволяет избежать необходимости усиливать конструктивные элементы в месте соединения.

Для аргонодуговой сварки применяются две основных технологии: TIG-сварка и MIG-сварка.

TIG – сварка неплавящимся электродом

Дуга горит между тугоплавким вольфрамовым электродом и деталью. Пруток присадочного металла подаётся в зону сварки вручную.

Процесс сварки неплавящимся электродом имеет свои особенности. Сварочную дугу лучше зажигать на прямой полярности, когда катодом является электрод. Ему придают острую заточку под углом 45 - 55 градусов. Это нужно для получения более узкой сварочной дуги и сужения места проплавления. Чем более узкую зону надо получить, тем более острой должна быть заточка. Зажигать дугу на свариваемом металле не рекомендуется, чтобы не оплавлять и не загрязнять кончик электрода. Лучше эту операцию производить на вспомогательной угольной (графитовой) пластине.

Полярность процесса следует выбирать в зависимости от металла свариваемых деталей:

• Нержавеющие стали лучше сваривать на прямой полярности.
• Алюминий и его сплавы – на обратной или чаще на переменном токе. Это связано с тем, что когда катодом является деталь, из зоны сварки лучше удаляются тугоплавкие окисные плёнки, образующиеся на поверхности алюминия. Но когда катодом является деталь, появляется нестабильность пятна эмиссии т. к. зона горения сварочной дуги перемещается на холодный участок. Поэтому нужен не просто переменный сварочный ток, а импульсы повышенного напряжения в периоды расположения катода на детали.

Сварочную горелку с вольфрамовым электродом держат под углом около 80° ко шву назад к направлению движения. Присадочный пруток – впереди перпендикулярно электроду.

Между свариваемыми деталями должен быть зазор. Исключение – когда детали лежат на медной или стальной подложке. Аргон подаётся через сопло окружающее сварочный электрод.

В отличие от привычных движений зигзагом или полумесяцем, совершаемым электродом с покрытием, вольфрамовый ведут прямолинейно, не отклоняя от линии шва. Это нужно для того, чтобы участок расплавленного металла не вышел из зоны защищаемой аргоном. Скорость процесса сварки не должна быть высокой, чтобы аргон успевал проникать сквозь зазор между соединяемыми деталями к обратной стороне сварочного шва.

Важно поддерживать стабильное расстояние между электродом и деталью. Это необходимо для постоянного напряжения и тепловыделения сварочной дуги. От этого напрямую зависит размер участка проплавления, форма и качество сварочного шва.

Процесс необходимо начинать через 10 – 15 секунд после подачи аргона, чтобы расплавленный металл был гарантированно защищён от взаимодействия с кислородом воздуха.

По окончании процесса сварочный ток должен снижаться постепенно во избежание появления кратера в конце шва.

После погасания дуги аргон должен подаваться ещё 10 – 15 секунд до остывания металла ниже температуры активного окисления. При наличии возможности лучше заканчивать процесс сварки за пределами свариваемых деталей.

Наложение вертикальных швов производится снизу вверх. Сопло располагается наклонно ко шву так, чтобы струя аргона была направлена вверх. Присадочный пруток располагается выше сопла. По возможности следует организовывать защитные экраны, чтобы удерживать аргон в месте сварки.

Существует автоматическая сварка неплавящимся электродом. В этом варианте проволока из присадочного металла подаётся в зону сварки автоматически, а дуга между вольфрамовым электродом и деталью зажигается путём подачи импульса высокого напряжения.

MIG – полуавтоматическая аргонодуговая сварка плавящимся электродом

Вместо вольфрамового электрода сквозь горелку осуществляется подача сварочной проволоки.

В автоматическом режиме перед зажиганием сварочной дуги, подаётся аргон аналогично процессу с неплавящимся электродом. Далее на проволоку подаётся напряжение, а сама проволока продвигается в зону начала шва. Происходит контакт, проволока разогревается, её конец обламывается и под напряжением, зажигается дуга. Длина дуги может регулироваться автоматически или путём саморегулирования. Сварка осуществляется на аналогичных режимах.

В конце шва постепенно прекращается подача напряжения, дуга гаснет, не оставляя кратера. После 10 – 15-секундной выдержки прекращается подача аргона.

В полуавтоматическом режиме рекомендуется зажечь дугу вне зоны сварки на вспомогательной детали, а потом перенести дугу к началу шва. Если это невозможно, сначала продуть горелку аргоном, а затем в защищённую зону проволоку под напряжением.

В обоих случая аргонодуговой процесс требует помещения, защищённого от сквозняков, чтобы не нарушалась газовая защита расплавленного металла. 

Для обеспечения процесса аргонодуговой сварки требуется определённый набор сварочного оборудования:

• Это источник тока, способный подавать постоянное, переменное и импульсное напряжение.
• Устройство для подачи сварочной проволоки.
• Горелка с соплом для подачи защитного газа.
• Баллон для аргона с газовым редуктором для понижения давления.

Перед началом процесса детали в зоне сварки надо зачистить от загрязнений и по возможности от окисных плёнок. По окончании - от брызг металла. Для этого в комплект оборудования входит металлическая щётка.

Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки

К преимуществам следует отнести возможность сваривать металлы, теряющие свойства при контакте расплавленной зоны с кислородом воздуха. Нержавеющие хромоникелевые стали теряют в зоне шва входящие в состав защитные лигатуры. Алюминий загорается или покрывается твёрдой окисной плёнкой из-за чего шов невозможно сделать плотным и прочным. Похожие проблемы возникают при сварке титана, меди и прочих активных металлов и сплавов.

Аргонная дуга – обладает относительно невысоким тепловыделением, зона проплавления получается узкой, поэтому свариваемые детали не коробит.

При правильном подборе сварочного режима расплавленный металл не разбрызгивается, шов получается аккуратным.

Аргон дешевле других инертных газов, имеет удельный вес больший, чем воздух, вследствие чего надёжно защищает участок сварки при нижнем расположении шва.

Недостатки 

1. Из недостатков следует отметить сложность процесса. Повышенные требования к квалификации персонала.
2. В перечне достоинств упоминалась малая ширина зоны проплавления. Это же является недостатком, технологически усложняющем процесс.
3. Специализированные источники питания, способные работать в импульсном режиме и подавать повышенное напряжение для зажигания дуги без контакта между электродом и деталью.
4. Затруднённость или невозможность накладывать потолочные сварочные швы, т. к. аргон тяжелее воздуха и опускается вниз, оголяя защищаемую зону. Для качественных потолочных швов лучше использовать более дорогой гелий.
5. Относительно высокое поверхностное натяжение на границе металл-газ, приводящее к концентрации напряжений и необходимости в некоторых случаях обрабатывать шов после сварки.

В целом при аргонодуговой сварке получается качественное и прочное соединение.