Использование высокой температуры дуги при проведении сварки является широко применяемой во многих сферах технологией соединения металлических конструкций. Однако применять ее можно не для всех сплавов, т. к. многие из них при разогреве до высоких температур и расплавлении на открытом воздухе окисляются и теряют свои технологические свойства. Поэтому для них применяется особая сварка аргоном, при которой, кроме нагревания с помощью электрической дуги, для защиты металла используется нейтральный газ аргон.
Особенности аргонодуговой технологии
Как и сварочная дуговая, технология сварки в среде аргона основана на расплавлении области соединения металлов с помощью электрической дуги. Она может проводиться с помощью расплавляющихся и неплавящихся электродов.
Неплавящимися электродами обычно служат изделия из вольфрама, т. к. он отличается своей тугоплавкостью и выдерживает температуру металлического расплава. Официальное обозначение сварки неплавящимися вольфрамовыми электродами в среде нейтрального газа —TIG.
В этом случае зону соединения металлов заполняют присадочным материалом. Для этого используют металлическую проволоку, изготовленную из сплава, легированного теми же элементами, что и свариваемый металл. Главное правило при ее выборе — не ухудшить свойства основного металла шва. Поэтому важно:
Процентное содержание легирующих элементов в присадочной проволоке не должно быть меньше, чем в соединяемых металлических деталях.
Диаметр проволоки подбирают в соответствии с параметрами сварного шва и толщиной изделия.
При использовании плавящихся электродов в качестве их материала применяется проволока или пруток, которые также по требованиям к химическому составу должны соответствовать основному металлу изделий и при расплавлении не должны ухудшать его свойства.
Аргонодуговая сварка с поддувом может проводиться тремя способами:
- в полном автоматическом режиме;
- в режиме автоматической подачи проволоки;
- в ручном режиме проведения процесса.
При автоматическом режиме весь сварочный процесс полностью автоматизирован: и управление движением электрода, и подачу присадочной проволоки осуществляет автомат.
При полуавтоматическом режиме сварочным аппаратом управляет человек, а подача присадочной проволоки регулируется автоматически.
В ручном режиме весь сварочный процесс проводится сварщиком.
Нейтральный газ в сварочной зоне выполняет две функции. Он служит защитной средой от агрессивного действия компонентов воздуха и регулирует прохождение импульса тока через ионизацию дугой.
При аргонодуговой сварке эти функции обеспечивает газ аргон. Он предотвращает расплавленный металл сварного шва от взаимодействия с компонентами воздуха, т. к. значительно тяжелей воздуха (на 38%) и поэтому выдавливает его из сварной зоны, заполняя рабочее пространство и надежно изолируя расплав от контакта с атмосферной средой.
Для каких целей применяется защитная среда? Дело в том, что при достижении высоких температур многие высоколегированные стали и сплавы цветных металлов легко вступают в реакцию с кислородом и азотом, присутствующих в составе воздуха, образуя соединения, которые вредят их прочности и лишают устойчивости к коррозии. Аргон — нейтральный газ, он не реагирует на компоненты разогретых металлических сплавов, поэтому служит своеобразной завесой, препятствующей контакту разогретого металла с воздухом, предотвращая его взаимодействию с агрессивными газами воздуха.
Иногда, особенно при ванной сварке, для исключения образования пористости сварного металла к аргону добавляется небольшой объем кислорода (3-5%). Он берет на себя роль чистильщика жидкого расплава, взаимодействуя с его поверхностными вредными включениями, которые в дальнейшем выгорают или всплывают на поверхность расплава в виде шлаков.
Кроме того, инертный газ имеет повышенную склонность к ионизации, а это влияет на характер прохождения направленных электронов сварной дуги к поверхности металла, а, следовательно, и параметры силы сварного тока.
Технология сварки
Технология сварки нержавеющей стали производится точно так же, как и обычной. Но есть и некоторые нюансы.
- Перемещение неплавящегося электрода и присадочной проволоки производится только вдоль сварного шва. Никаких поперечных отклонений. Нельзя допустить, чтобы присадка вышла из защитной зоны аргона.
- Чтобы увеличить качество сваренного участка, рекомендуется обдувать аргоном стыкуемые заготовки и с обратной стороны. Это, конечно, увеличит расход защитного газа.
- Нельзя прикасаться вольфрамовым электродом к поверхности свариваемых заготовок из нержавеющей стали, даже при розжиге дуги. Иногда розжиг производят на графитовой или угольной пластине с последующим переносом на основной металл, как показано на обучающем видео. Или можно воспользоваться бесконтактным методом, используя для этого осциллятор.
Как и при всех видах сварки аргоном, необходимо после окончания сварочного процесса подачу газа сразу не прекращать. Таким образом, остынет сам вольфрамовый электрод, он не будет окисляться, а также начнет быстрее остывать сварочный шов. Период времени отключения газа равен 10-15 секундам после окончания сварочного процесса.
Розжиг дуги при разных электродов
При расплавляющихся электродах розжиг дуги происходит во время соприкосновения электрода с изделием. Электродная проволока при касании металлической поверхности начинает искрить и вокруг нее происходит испарение паров железа. Они влияют на степень ионизации аргона, понижая ее, поэтому розжиг дуги происходит с легкостью.
При использовании неплавящихся электродов розжиг дуги таким способом невозможен, т. к. чистый аргон имеет высокий показатель ионизации, поэтому для розжига требует более сильную искру. При касании вольфрамового электрода поверхности металла ее невозможно получить. Кроме того, при касании происходит загрязнение поверхности и ее существенное оплавление. Поэтому для разжигания дуги при вольфрамовом электроде применяют вспомогательный прибор, называемый осциллятором. С помощью него на электрод после включения устройства подается высоковольтное напряжение с высокой частотой импульсов, которые обеспечивают ионизацию промежутка между дугой и поверхностью изделия и последующим розжигом дуги.
Для выполнения шва используется аргонодуговая сварка с переменным током и выпрямленным (постоянным) током.
Если аргонодуговая сварка проводится в режиме переменного тока, то осциллятор впоследствии после розжига дуги в дальнейшем играет роль стабилизатора, подающего импульсы в моменты замены полярности, это обеспечивает стабильное горение сварочной дуги.
При сварке с использованием постоянного тока на анодном и катодном конце величина выделяемого тепла разная. При его значении менее 300 ампер до 70% выделяемого тепла образуется на аноде и только 30% приходится на катод.
Для обеспечения большого нагрева металла, приводящего к его расплавлению и исключения перегрева электрода, применяют прямой вид полярности. Тогда изделие служит анодом, а электрод — катодом. Такую схему используют для всех металлических сплавов за исключением алюминиевых. Для них применяют сварку с переменным током, чтобы эффективней удалить окисный поверхностный слой.
Сварка аргоном наиболее понятна при выполнении работы в ручном режиме, поэтому лучше рассмотреть подробно этот вариант соединения металлических деталей.
Сварка полуавтоматом
Производительность этого способа значительно выше, чем при тиг сварке нержавейки. Он лучше, чем ручной метод, подходит для соединения толстостенных деталей. На полуавтомате работают с присадочной проволокой с большим содержанием никеля. Настраивая аппарат, учитывается, что ее температура плавления меньше, чем у других марок. Полуавтоматическую сварку нержавеющей стали аргоном выполняют используя:
- короткую дугу;
- струйный перенос;
- импульсный режим.
Этапы ручной аргонодуговой сварки
Для проведения сварки в аргоновой среде используют неплавящиеся электроды. Для работы потребуется:
- источник питания;
- горелка с вольфрамовым электродом;
- газовый баллон с аргоном;
- присадочная проволока.
Схема выполнения сварочных работ с использованием неплавящегося вольфрамового электрода в среде защитного газа изображена на рисунке:
Электрод располагается в держателе горелки и выступает на 2-5 мм вперед.
Его диаметр подбирают, ориентируясь на характер сварного шва и толщину соединяемых металлических деталей. Вокруг держателя электрода расположено сопло для подачи аргона в область сварки в момент проведения работ.
Сварка с поддувом аргона должна проводиться в такой последовательности:
- очистка поверхности зоны сварки;
- приведение горелки в рабочее положение: подача аргона для создания защитного слоя и розжиг дуги;
- процесс выполнения сварного шва.
Тщательную очистку кромочной поверхности соединяемых деталей от загрязнений и окисной пленки необходимо провести перед тем, как приступать к процессу сварки. Для этого используют механический или химический способом очистки с последующим обезжириванием поверхностей.
Затем приводят оборудование в рабочее состояние: подключается источник питания к электросети, к детали, подлежащей сварке, с помощью кнопок управления на горелке подается защитный газ, а сама деталь подключается к «массе». С помощью высокочастотного импульса разжигается дуга. Она будет замыкать цепь между электродом и металлом сварного изделия. Причем газ подается заранее секунд на 20 перед подачей тока для обеспечения защитного слоя.
Важно!Нельзя допускать касания вольфрамового электрода свариваемой поверхности, он должен располагаться на минимальном расстоянии в 2 мм от нее, чтобы создать малую сварочную дугу. В этом случае она обеспечивает максимальное проплавление металла по толщине.
Сразу после разжигания дуги сварщик приступает к созданию сварного шва в зоне, защищенной аргоном. Аргонная сварка проводится так:
Горелкой, находящейся в правой руке, сварщик медленно ведет дугу строго по линии шва, а левой рукой навстречу движению горелки подает присадочную проволоку в зону сварки. Проволока должна всегда располагаться перед горелкой под небольшим углом от 15о до 30о градусов к свариваемой поверхности, а электрод горелки составлять с ней угол около 90о.
Важно!Нельзя допускать резкую подачу присадочной проволоки при выполнении ручных сварочных работ, т. к. это ведет к образованию брызг расплавленного металла и неаккуратной линии шва.
После окончания работы, подача аргона не должна прекращаться сразу, чтобы не допустить окисления еще не остывшего металла шва.
Подготовка нержавейки к сварке
Для создания надежного соединения аргонодуговая сварка нержавеющей стали выполняется после обработки поверхностей деталей. Она выполняется в следующем порядке:
- место сварки зачищается наждачной бумагой или щеткой со стальным ворсом;
- после зачистки проводится обезжиривание ацетоном или высокооктановым бензином;
- детали располагают с зазором между ними;
- если проводится сварка тонкой нержавейки, стыкуемые края рекомендуется подогреть до 200 — 300˚C, чтобы уменьшить напряженность металла, и предотвратить образование трещин.
Диаметр присадочной проволоки подбирается в соответствии с толщиной соединяемых деталей. Содержание легирующих добавок в ней должно быть больше чем в свариваемой нержавейке.
Преимущества технологии
Сварка в среде аргона имеет ряд преимуществ, которые позволяют использовать эту технологию во многих ситуациях, где другие виды сварочных работ невозможны. Среди них характерными преимуществами являются:
- исключение окисляющего воздействия на жидкий металлический расплав компонентов воздуха за счет защитной среды аргона;
- благодаря локальной тепловой мощности в рабочей зоне и правильно выбранных параметрах обеспечивается высокая скорость сварки и качественный шов в автоматическом и полуавтоматическом режиме;
- аргонодуговая сварка дает возможность соединять детали, изготовленные из разных металлов;
- сварочный процесс можно проводить под визуальным контролем.
Режимы аргонной сварки
Для получения качественного сварного соединения цветных и черных металлов, необходимо правильно выбирать режимы аргоннодуговой сварки. Это делается на основе опыта, также можно посмотреть в справочных таблицах. Соответственно, оборудование должно обладать возможностью изменять ток под конкретные нужды.
Выбор тока и полярности
Для сваривания цветных металлов в среде аргона используется ток постоянной или переменной полярности. Ни в коем случае нельзя работать обратной его величиной, потому что в процессе возникнут сложности, связанные с плохим горением дуги и чрезмерно высоким напряжением.
Заряженные частицы двигаются в сторону положительного потенциала, поэтому электрод будет сильнее нагреваться и быстрее сгорит.
Выбор силы тока
Выбор величины тока для сварки опирается на три главных фактора: род тока, диаметр электрода и толщина свариваемых деталей. Чтобы не держать все эти цифры в голове, составим таблицу. В ней расписаны все величины в зависимости от тех или других критериев.
| Диаметр электрода (мм) | Переменный ток (А) | Постоянный ток прямой полярности (А) |
| 1 – 2 | 20 – 100 | 65 – 160 |
| 3 | 100 – 160 | 140 – 180 |
| 4 | 140 – 220 | 250 – 340 |
| 5 | 200 – 280 | 300 – 400 |
| 6 | 250 – 300 | 350 – 450 |
Напряжение
Для качественного сваривания деталей различной толщины при использовании аргонно-дуговой сварки, рекомендуется выставлять напряжение не более 14 В. При таком значении обеспечивается длина дуги порядка 1,5-3 мм, что является оптимальной величиной. Также обеспечивается хорошая глубина провара, что является главным критерием прочности соединения деталей.
Скорость выполнения сварки
Она сугубо индивидуальна, поэтому выбирается мастером на месте. Главное, не спешить, потому что сварка цветных металлов весьма капризна.
Количество аргона
Также наряду с выбором диаметра электрода рассчитывается и расход подаваемого защитного газа. Это делается исходя из типа металла, из которого изготовлены свариваемые детали, толщины и ширины шва. Это определяется на практике.
Расстояние от электрода до детали
Оно зависит от толщины свариваемого металла и способа его стыковки. Например, для соединения встык достаточно 3-5 мм. Если детали свариваются под углом, то рекомендуемое расстояние должно быть не менее 0.5 см и не более 8 мм.
Оборудование для аргонодуговой сварки
Разные режимы технологии аргонодуговой сварки предполагают использование оборудования, имеющего различные принципы работы и устройства.
Аппараты для соединения деталей с помощью дуги в аргонной среде подразделяются на специальные и универсальные устройства:
- Сварочные трансформаторные устройства работают на использовании переменного тока.
- Аппараты, играющие функцию выпрямителей и генераторов, служат для обеспечения выпрямленного (постоянного) тока при выполнении сварочных работ.
- Универсальные аппараты предназначены для сварочных работ, как на постоянном, так и на переменном характере тока.
Наиболее востребованным является аппарат универсального действия. К таким устройствам относятся инверторы.
Аппараты для ручной сварки с использованием вольфрамового электрода обязательно содержат в комплекте горелку, а также трансформаторы для преобразования тока из переменного в постоянный ток, стабилизаторы напряжения и устройства для розжига дуги.
Аппараты для работы в автоматическом режиме должны включать устройства для управления сварочным процессом и подачей защитного газа.
О качестве сварки выхлопных систем — Сообщество «Выхлопные Системы и Впуск» на DRIVE2
Кратко о качестве и технологии изготовления выпускных систем.
При изготовлении выхлопа в ооочень многих мастерских не соблюдают технологию, стараясь сэкономить время и деньги или попросту не зная технологию сварки. Но при такой экономии эти мастерские теряют клиентов, которые хотят качества и знают какой должна быть правильная выхлопная система.
Для получения правильного, качественного шва необходим поддув, подача защитного газа к обратной стороне шва.
Сравнение двух швов
На фото выше, два шва свареные без присадки на одинаковых сварочных режимах.Левый шов провален по отношению к основному металлу и имеет ощутимые края. Он варился без поддува.
Правый шов в уровне с основным металлом, ровный и гладкий. Здесь использовался поддув.
Теперь самое важное, что обычно не видит заказчик — обратная сторона шва.
На фото ниже шов сваренный без поддува. Внутри трубы металл кипел без защитного газа, образовались поры, нет сплавления кромок. Такой шов может лопнуть от вибрации.
Сварка без поддува
На следующем фото шов сваренный с поддувом. Кромки сварились, получился ровный и гладкий шов, который выдержит вибрацию и нагрузки.
Сварка с поддувом
Соблюдайте технологию, уважаемые тюнеры и кастомайзеры!
www.drive2.ru
Плюсы и минусы такого способа
Сварка нержавейки аргоном имеет немало преимуществ, которые обеспечены ее технологией:
- При защите свариваемого шва аргоном исключается действие на расплав воздуха, негативно влияющего на горячий металл. Это дает возможность получить прочный ровный шов с равномерным проплавом по глубине.
- Металл, обладающий низкой теплопроводностью, нагревается мало. Исключение составляет только небольшая область шва. Кроме трудностей при выполнении сварки (боязнь прожога), это является и положительным фактором, т. к. дает возможность соединять детали, имеющие сложную конструкцию, без изменения их формы.
- Сварочная работа проводится быстро, благодаря высокой температуре дуги.
Не обходится эта технология и без недостатков. К ним относится:
Необходимость в достаточно сложном оборудовании, которое требует точности настройки, а также определенные навыки и знание тонкостей процесса.
Особенности нержавейки при сварке
В состав нержавеющих сталей входит до 20% хрома, кроме него добавляют никель, марганец, молибден и другие компоненты, которые придают им хорошие эксплуатационные качества. Сложность выполнения соединения нержавейки с использованием аргона связана с ее особыми свойствами:
- В отличие
от низкоуглеродистых сталей, теплопроводность нержавейки почти в 2 раза меньше. Это плохо отражается на сварочных работах, т. к. нагрев металла до высоких температур будет сконцентрирован только в рабочей зоне, а отток тепла в другие области происходит медленно. Поэтому в зоне соединения металл может перегреться, последствием чего будет его прожог.
Поэтому важно: При проведении аргонодуговой сварки нержавейки необходимо уменьшать величину сварочного тока на 20% по сравнению с током при сварке других сталей.
- Другой особенностью нержавеющей стали является высокий коэффициент линейного расширения. Он дает большую усадку при нагреве. Поэтому при выполнении работ соединяемые детали могут деформироваться и появляются трещины. Чтобы избежать таких последствий, нужно соблюдать правило:
Зазор при соединении частей сваркой должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить предотвращение деформации и последующее растрескивание.
- Эти стали обладают высоким сопротивлением при пропускании через них тока. Поэтому, при использовании электрода также с большим сопротивлением он будет сильно греться, а это создает проблемы при работе.
Электроды с большим сопротивлением лучше использовать для сварки небольших соединений нержавейки, чтобы они не успели перегреться. При большой длине шва лучше выбирать электроды длиной около 35 см.
Особенности нержавеющей стали требуют при проведении сварочных работ соблюдения правильного температурного режима, чтобы она не потеряла антикоррозионных свойств. Объясняется это тем, что при нагреве нержавейки до температур выше 500оС во время проведения работ структура сплава меняется с образованием на границе зерен карбидов (в основном железа и хрома), это приводит к коррозии металла. Чтобы предотвратить этот процесс, технология сварки нержавейки предполагает защиту металла аргоном. Для хромо-никелевых сплавов применяют также быстрое охлаждение зоны шва.
Как варить нержавейку аргоном
Опытные сварщики советуют:
- Обеспечивать минимальную дугу при работе, а неплавкий электрод располагать максимально близко к свариваемому металлу не касаясь его. Большая дуга не позволяет проплавлять деталь на всю глубину шва и повышает его ширину, ухудшая качество соединения.
- Для предотвращения окисления не нужно допускать резкую подачу проволоки при ручной сварке. Она должна быть постоянно в защитной зоне аргона.
- Качество проплавления шва можно определить визуально по форме наплывов проволочной ванны. Если они удлинены в направлении сварного шва, то качество проплавления хорошее, если они круглые или овальные, проплав не достаточно глубокий.
- Конец шва нужно заваривать, уменьшая силу тока. При резком обрывании дуги и отводе горелки с аргоном защита расплавленного металла снижается, а это влияет на качество шва.
Если у Вас есть опыт работы по сварке изделий из нержавейки в аргоне, то Вы можете поделиться им в комментариях к этой статье.
