8.1. Зварювання в середовищі захисних газів (СО2, аргон)
Дугове зварювання в захисних газах - це зварювання, при якому дуга й розплавлений метал знаходяться в захисному газі, який подається в зону зварювання за допомогою спеціальних пристроїв.
Основні переваги зварювання в захисних газах:
– висока продуктивність (у 2,5 рази вища порівняно з ручним дуговим зварюванням покритими електродами), низька вартість при використанні активних захисних газів;
– простота механізації та автоматизації;
– можливість зварювання в різних просторових положеннях;
– мала зона термічного впливу й відносно невеликі деформації виробу внаслідок високого ступеня концентрації дуги;
– висока якість захисту, немає потреби захищати шов при багатошаровому зварюванні;
– доступність процесу зварювання металу різної товщини (від десятих часток міліметра до десятків міліметрів), можливість спостереження за утворенням шва.
– висока якість зварних металів та їх сплавів різної товщини;
– відсутність операцій з засипання й прибирання флюсу та видалення шлаку.
Недоліки зварювання в захисних газах:
– відкрита дуга, що підвищує небезпеку ураження зору світловим випромінюванням;
– потреба захисту зони зварювання від протягу (при струминному захисті), що утруднює зварювання в монтажних умовах на відкритому повітрі;
– втрати металу на розбризкування, наявність газової апаратури, в деяких випадках необхідність водяного охолодження пальників.
Існує багато видів дугового зварювання в захисних газах які можна класифікувати за найсуттєвішими ознаками.
Які гази застосовують
Для захисту від впливу повітря застосовують газ, які умовно поділяють на дві групи інертні і хімічно активні.Інертні гази всім добре відомі – аргон, гелій і їх поєднання. Витісняючи повітря із зони оточення зварюються заготовок, вони не реагують з металом і не розчиняються в ньому.Їх застосовують при зварюванні алюмінію, магнію, титану та сплавів. У спеціальній літературі такий вид зварювання із захисною середовищем з інертних газів позначається як MIG (метал, інертний газ).Якщо застосовувати не плавиться, для зварювання в середовищі захисних газів, то такий процес буде відмінно підходити для з'єднання тугоплавких сталей, хімічно активних металів або особливо відповідальних з'єднаннях.
Сварка з активними газами отримала назву MAG зварювання (метал, активний газ). До активних реактивів відносять вуглекислоту, азот, водень, кисень.Найбільшого поширення набула вуглекислота завдяки своїй низькій вартості. Для порівняння, азот варто в 1,5 рази дорожче, кисень в 3, водень в 4 рази, аргон і гелій в 45 і 156 разів відповідно.
Зварювання в углекислоті
Сварка полуавтоматом в углекислоте отримала широке застосування через її дешевизну. Вуглекислота, потрапляючи в область розплаву, захищає його від руйнівної дії повітря.Але через високу температуру в районі зварювальної ванни вона розкладається на окис вуглецю і кисень, тому в області зварювання виявляються три газу: вуглекислота, окис вуглецю і кисень.Щоб не допустити окислення, в зварювальну дріт додають кремній і марганець, який реагує з киснем раніше заліза. За рахунок цього гасяться реакції утворення шкідливих окисів.При цьому вуглекислий газ зберігає свої ізолюючі властивості, а з'єднання кремнію і марганцю вступають в реакцію один з одним, в результаті чого виходить легке по щільності речовина, яке спливає в розплаві. Утворився шлак згодом легко видаляється.Перед використанням вуглекислоти потрібно обов'язково видалити воду з балона. Для цього його перевертають і зливають воду, через 20 хвилин процедуру повторюють, в іншому випадку пари води викличуть пористість шві
Азот використовують при зварюванні деталей з міді та кількох видів нержавіючої сталі. Це обумовлено тим, що азот не реагує з міддю. Як електроди використовуються графітові або вугільні прутки, застосування вольфрамових прутків призводить до їх перевитрати через утворення легкоплавких з'єднань.
Працюють на токах 150-500 А і напрузі дуги 22-30 В. Витрата азоту знаходиться в межах 3-10 л / хв. Газ зберігається в балонах при тиску 150 атмосфер.Зварювальне обладнання нічим не відрізняється від інших видів зварювання використовують гази, тільки в пальнику передбачено спеціальне кріплення для вугільного електрода.
Устаткування
В апаратурі для виробництва зварювальних робіт в захисному середовищі в якості джерела живлення найчастіше використовують інвертори з широкою регулюванням величини зварювального струму.Вони обладнані пристроєм подачі зварювального дроту і газову систему з балонами, шлангами, що знижують редукторами. Зварювання плавиться в захисних газах ведуть постійним або імпульсним високочастотним струмом.Головними параметрами, котрі характеризують обладнання, є струм, який можна змінювати; напруга для запалювання та стабільного горіння дуги; швидкість подачі дроту, її товщина. Режими зварювання напівавтоматом різноманітні. Залежно від зварювальних матеріалів сила струму і інші параметри можуть значно змінюватися.Перед початком зварювальних робіт в захисному газі зварюються поверхні потрібно очистити від всіляких забруднень. В першу чергу необхідно очистити кромки від оксидної плівки, іржі, жиру, масла. Для цього застосовуються сталеві скребки, розчинники, неткані матеріали.Застосування захисних газів вимагає дотримання певної послідовності операцій. Спочатку подається захисний газ, потім включається джерело живлення, починає подаватися присадний дріт і запалюється дуга, потім тільки починається процес зварювання.Після гасіння електродуги, ще 10-15 секунд в зону зварювання подають інертний газ. Це робиться для того, щоб уникнути згубного впливу атмосфери на шов.
Залежно від видів зварювальних металів, їх товщини використовують різні захисні гази. Наприклад, аргон забезпечує стабільність електричної дуги, а гелій дозволяє отримувати більш глибоку проварку шва.При зварюванні міді використовується водень. Найбільш універсальним газом, який може використовуватися практично при зварюванні будь-яких металів є аргон. Тільки його висока вартість змушує застосовувати більш дешеві гази типу вуглекислого або азоту.Як і електродугову, в автоматичному режимі застосовують технологію зварювального процесу в газовому середовищі.Вона легко піддається автоматизації і використовується в роботизованих комплексах у великих виробництвах. Напівавтомати широко застосовуються в дрібних майстерень і автосервісах.
Зварювальний напівавтомат
Зварювання в захисних газах виконується за допомогою напівавтомата. Напівавтоматом називають як окремий зварювальний апарат, так і комплекс усього устаткування, у тому числі балона з газом. Робота може виконуватися на спеціальному зварювальному посту, верстаті або без поста. Нижче зображений стандартний комплект зварювального устаткування для MIG/MAG зварювання.
Стандартний зварювальний напівавтомат для роботи з плавким електродом в захисних газах складається з джерела струму, механізму подання дроту, пальника, кабелів, вбудованого управління, системи подання газу, системи охолодження.
Зварювальний апарат напівавтомат може мати різне призначення. Напевно ви помітили, що в ході статті ми згадували терміни MIG і MAG. Цими термінами позначається тип зварювання. MAG-зварювання в середовищі активних газів. MIG – зварювання в середовищі інертних газів. Відповідно, апаратом MIG ви не зможете виконати MAG зварювання, і навпаки.
Для більшої універсальності можна придбати напівавтомат, здатний працювати і в MIG, і в MAG режимі. Так ваші можливості будуть набагато ширші. Є ще FCAW зварювання із застосуванням порошкового дроту. Порошковий дріт-це порожниста трубочка, усередині якої містяться флюси. Такий дріт використовують без захисного газу, так що на цьому не зупинятимемося.
Системи подання дроту
Вище ми згадували, що при зварюванні напівавтоматом дріт подається за допомогою спеціального механізму. Він може працювати по трьох принципах: що штовхає, тянуще-толкающем і тягне. Найпопулярніша система подання дроту-штовхає, вона сама недорога і зустрічається у більшості бюджетних напівавтоматів.
Головний недолік-обмежена кількість метрів газового шланга, який можна використати. А саме,5 метрів в довжину. Якщо в напівавтоматі використовується інша система подання дроту, то можна використати шланг завдовжки від10 метрів і більше. Також можна використати товщий дріт, але треба враховувати, що такий механізм важитиме набагато більше.
Також звернете увагу на регулювання швидкості подання дроту у вибраній вами моделі. Новачкам рекомендуємо вибирати механізми з автоматичним регулюванням швидкості подання, так ви позбавитеся від зайвого головного болю. Ну а професіонали частенько вибирають механізми з ручним регулюванням, оскільки їх досвід дозволяє встановлювати індивідуальні налаштування для кожного типу робіт. Самі механізми подання можуть бути вбудованими в напівавтомат, а можуть бути переносними. У переносних значно більше можливостей, але вони громіздкі і не дозволяють варити у важкодоступних місцях.