Современные виды сварки. Часть 7

Дуговая сварка в среде защитных газов.

Дуговая сварка в среде защитных газов основана на том, что расплавленный металл и зона горения дуги изолируются от воздуха при помощи газа, подаваемого через специальную горелку. Это позволяет минимизировать окисление и другие негативные реакции, которые обычно сопровождают сварку на открытом воздухе, и обеспечивает высокое качество соединения. Газ может быть инертным или активным, а в зависимости от того, плавится электрод в процессе или нет, различают сварку неплавящимся (вольфрамовым) электродом и сварку плавящимся электродом (электродной проволокой).

Если электрод не плавится, дуга возникает между вольфрамовым стержнем и изделием, постепенно оплавляя его кромки. Затвердевший расплав формирует сварной шов, иногда с добавлением присадочного материала. При сварке плавящимся электродом, наоборот, сама подаваемая проволока плавится и вместе с расплавленными кромками образует общую сварочную ванну. Такой подход удобен при создании более массивных швов или когда необходимо быстро нанести большое количество металла.

В развитии традиционной методики сварки в защитном газе появились особые варианты, например импульсно-дуговая и вибродуговая технологии. Они отличаются режимом подачи тока и дополнительным механическим воздействием на металл, что позволяет лучше контролировать процесс формирования шва. Все способы, связанные со сваркой в газовой защите, имеют определенные общие преимущества. Во-первых, дуга концентрируется сильнее, что дает узкую зону термического влияния и уменьшает деформации деталей. Во-вторых, защитный газ (особенно если он инертен) надежно препятствует проникновению кислорода и азота к расплавленному металлу. В-третьих, отсутствует потребность во флюсе, а значит, нет шлаковой корки, которую надо счищать. Наконец, такими методами можно сваривать детали в самых разнообразных пространственных положениях.

В качестве защитного газа чаще всего применяют аргон, гелий или их смеси (так называемые инертные газы), а также углекислоту и другие активные газы. Аргон, будучи почти в полтора раза тяжелее воздуха, прекрасно изолирует зону сварки сверху. Он не растворяется в металлах и не вступает с ними в химические реакции. Гелий, напротив, легче воздуха, поэтому с его применением сложнее создать стабильную защитную «шапку» над швом, однако при соединении тугоплавких и химически активных металлов он иногда незаменим — гелий обеспечивает высокую энергию дуги и глубокое проплавление, хотя стоит дороже. Нередко используют смесь аргона с небольшим количеством кислорода или углекислого газа, что стабилизирует дугу и придает шву нужные характеристики. В некоторых случаях применяется и азот, но в основном для сварки меди и ее сплавов, так как для большинства других металлов он слишком активен и может ухудшать качество шва.

При сварке неплавящимся электродом чаще всего берут вольфрамовые стержни, поскольку вольфрам имеет высокую температуру плавления, и при определенном режиме дуги его расход минимален. Такие электроды могут содержать добавки лантана, иттрия или тория, которые облегчают поджиг дуги и стабилизируют ее горение. Поскольку вольфрам довольно чувствителен к кислородсодержащим газам, его используют преимущественно с аргоном, гелием или их смесями. Сварка вольфрамовым электродом особенно удобна для соединения тонких листов (до 5-6 мм) и деталей из легких сплавов (алюминий, магний), где критически важен аккуратный, ровный и неглубокий шов. Если этого требуют условия, можно вводить присадочный материал вручную в зону сварочной ванны, но вольфрам сам в шов не переходит.

Основные достоинства сварки неплавящимся электродом заключаются в высоком качестве шва, точном контроле над процессом и относительной простоте перехода от работы без присадочных материалов к сварке с присадкой. Однако скорость часто оказывается низкой, а квалификация исполнителя должна быть достаточно высокой, поскольку сварщик вручную управляет перемещением электрода и подачей проволоки. Наибольшую эффективность такой метод показывает при сварке тонколистовых конструкций или цветных металлов, склонных к окислению. В частности, при соединении алюминия или магния помогает «обратная полярность» (или переменный ток), когда ионы разрушают оксидную пленку на поверхности кромок во время сварки, облегчая формирование шва.

Если говорить о сварке плавящимся электродом, здесь в качестве электрода выступает проволока, которая плавится дугой и пополняет сварочную ванну. Линия разделки кромок, а также толщина материала существенно влияют на выбор диаметра проволоки, силу сварочного тока, напряжение, скорость подачи и расход защитного газа. Типичные формы переноса расплавленного металла бывают трех видов: короткие замыкания дуги с периодическим «отрывом» капель; капельное плавление при повышенном токе; струйный перенос, когда мелкие капли летят в сварочную ванну почти сплошным потоком. Каждый вариант применим под свои задачи. Короткие замыкания удобны при сварке в любом положении, но требуют аккуратных настроек, а при слишком высоком токе переход может стать неравномерным, с крупными каплями и разбрызгиванием. Струйный перенос обеспечивает высокое качество шва и минимизирует брызги, но требует гораздо более высоких значений тока и, как правило, инертной газовой среды.

Широко практикуются импульсно-дуговые методы, где ток в дуге изменяется рывками. Во время импульса электрод быстро расплавляется, и капля переносится в ванну, а во время паузы процесс немного замедляется, что дает стабильность и предотвращает избыточное разбрызгивание. Подобная методика позволяет работать с тонкостенными изделиями и вести сварку в сложных пространственных положениях.

Полезной технологической опцией стала возможность отклонять дугу посредством внешнего магнитного поля. При этом можно заставлять пучок колебаться поперек шва (расширяя его и снижая глубину проплавления) либо, наоборот, наклонять дугу для улучшения глубины провара. Похожие эффекты достигаются изменением угла наклона электродной проволоки или варьированием параметров подачи защитного газа (например, при узкощелевой разделке кромок и концентрированном газовом потоке).

При сварке плавящимся электродом из углеродистой и низколегированной стали большой толщины все чаще используют узкощелевую разделку, где вместо стандартного V-образного скоса создается зазор всего 6-12 мм на всю глубину листа. Тогда валик накладывается послойно с минимальным расходом наплавляемого металла. Этот подход сокращает зону термического влияния и обеспечивает равномерную мелкозернистую структуру шва. Впрочем, такие технологии требуют точного ведения электрода и зачастую специального автоматизированного оборудования.

С точки зрения практического применения дуговая сварка в защитных газах уже давно является одним из ключевых методов, поскольку сочетает высокое качество соединений с умеренными затратами. При масштабных объемах, особенно на автоматизированных линиях, она показывает хорошую производительность и высокую повторяемость результатов. Для обеспечения требуемого качества сварщику или оператору нужно строго соблюдать режимы — следить за расходом газа, углом наклона горелки, расстоянием между соплом и деталью. Важны и чистота поверхности проволоки, и отсутствие ржавчины на кромках. Хотя данный способ требует слаженного подбора расходных материалов и определенной квалификации, он остается универсальным, позволяя работать как с тонкими листами, так и с крупными металлическими конструкциями, в самых разных отраслях — от авиастроения до изготовления труб и резервуаров.

• Современные виды сварки. Часть 6
• Современные виды сварки. Часть 5
• Современные виды сварки. Часть 4
• Современные виды сварки. Часть 3
• Современные виды сварки. Часть 2
• Современные виды сварки.