Сварка - процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Сварка обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов.
Для осуществления сварочного процесса используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Современные технологии позволяют осуществлять сварку практически в любых условиях: на открытом воздухе, под водой и в космосе.
Производство сварочных работ сопряжено с опасностью возгораний, поражений электрическим током, отравлений вредными газами, облучением ультрафиолетовыми лучами и поражением глаз.

Аргонодуговая сварка - дуговая сварка в среде аргона (инертного газа). Может осуществляться плавящимся или неплавящимся электродом. В качестве неплавящегося электрода обычно используется вольфрам.

Для обозначения аргонодуговой сварки могут применяться следующие названия:
РАД - ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом;
ААД - автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом;
ААДП - автоматическая аргонодуговая сварка плавящимся электродом.

Для обозначения аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом:
TIG - Tungsten Inert Gas (Welding) - сварка вольфрамом в среде инертных газов;
GTAW - Gas Tungsten Arc Welding - газовая дуговая сварка вольфрамом.

Общие характеристики аргонодуговой сварки

Газ аргон практически не вступает в химические взаимодействия с расплавленным металлом и другими газами в зоне горения дуги. Будучи на 38% тяжелее воздуха, аргон вытесняет его из зоны сварки и надежно изолирует сварочную ванну от контакта с атмосферой.
При аргонодуговой сварке возможен крупнокапельный или струйный перенос электродного металла (плавящегося электрода). При крупнокапельном переносе процесс сварки неустойчивый, с большим разбрызгиванием. Его технологические характеристики хуже, чем при полуавтоматической сварке в углекислом газе, так как вследствие меньшего давления в дуге капли вырастают до больших размеров. Диапазон токов для крупнокапельного переноса достаточно велик, например: для проволоки диаметром d = 1,6 мм сила тока сварки I = 120-240А. При силе тока сварки больше 260А происходит резкий переход к струйному переносу, стабильность процесса сварки улучшается, разбрызгивание уменьшается. Однако такие токи не всегда соответствуют технологическим требованиям. Поэтому более рационально для обеспечения стабильности процесса использовать импульсные источники питания дуги, которые обеспечивают переход к струйному переносу при силе тока сварки ≈ 100А.

Технология аргонодуговой сварки неплавящимся электродом

Дуга горит между свариваемым изделием и неплавящимся электродом (как правило, для электрода используется вольфрам). Электрод расположен в горелке, через сопло которой вдувается защитный газ (как правило, аргон). Присадочный материал в электрическую цепь не включён и подаётся в зону дуги со стороны.
Сварка может быть ручной, когда горелка и присадочный пруток находятся в руках сварщика, и автоматической, когда горелка и присадочная проволока перемещаются без непосредственного участия сварщика.
При способе сварки неплавящимся электродом зажигание дуги не может быть выполнено путём касания электродом изделия по двум причинам.
Во-первых, аргон обладает достаточно высоким потенциалом ионизации, поэтому ионизировать дуговой промежуток за счёт искры между изделием и электродом достаточно сложно. При аргонодуговой сварке плавящимся электродом после того, как проволока коснётся изделия, в зоне дуги появляются пары железа, которые имеют потенциал ионизации в 2,5 раза ниже, чем аргона, что позволяет зажечь дугу.
Во-вторых, касание изделия вольфрамовым электродом приводит к его загрязнению и интенсивному оплавлению. Поэтому при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом для зажигания дуги параллельно источнику питания подключается устройство, которое называется «осциллятор».

Осциллятор - устройство, предназначенное для бесконтактного возбуждения электрической дуги и стабилизации горения дуги при сварке малыми токами.
Для зажигания дуги осциллятор подаёт на электрод высокочастотные высоковольтные импульсы, которые ионизируют дуговой промежуток и обеспечивают зажигание дуги после включения сварочного тока. Если сварка производится на переменном токе, осциллятор после зажигания дуги переходит в режим стабилизатора и обеспечивает подачу импульсов на дугу в момент смены полярности, чтобы предотвратить деионизацию дугового промежутка и обеспечить устойчивое горение дуги.

Деионизация - процесс исчезновения положительных и/или отрицательных ионов, а также электронов из занимаемого газом объёма. Является обратным процессу ионизации и обычно происходит после прекращения электрического разряда в газе.

При сварке на постоянном токе на аноде и катоде выделяется неодинаковое количество тепла. При токах до 300А 70% тепла выделяется на аноде и 30% на катоде, поэтому практически всегда используется прямая полярность, чтобы максимально проплавлять изделие и минимально разогревать электрод. Все стали, титан и другие материалы, за исключением алюминия, свариваются на прямой полярности. Алюминий обычно сваривается на переменном токе для улучшения разрушения оксидной пленки.
Для улучшения борьбы с пористостью к аргону иногда добавляют кислород в количестве 3-5%. При этом защита металла становится более активной. Чистый аргон не защищает металл от загрязнений, влаги и других включений, попавших в зону сварки из свариваемых кромок или присадочного металла. Кислород же, вступая в химические реакции с вредными примесями, обеспечивает их выгорание или превращение в соединения, всплывающие на поверхность сварочной ванны, что предотвращает пористость шва.

Область применения и преимущества аргонодуговой сварки

Основная область применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом - это соединения из легированных сталей, цветных металлов, титановых и алюминиевых сплавов. При малых толщинах аргонодуговая сварка может выполняться без присадки. Данный способ сварки обеспечивает хорошее качество и формирование сварного шва, позволяет точно поддерживать глубину проплавления металла, что очень важно при сварке тонколистного металла при одностороннем доступе к поверхности изделия. Этот способ получил широкое распространение при сварке неповоротных стыков труб, для чего разработаны различные конструкции сварочных автоматов. В этом случае аргонодуговую сварку иногда называют орбитальной.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом используется при сварке нержавеющих сталей и алюминия. Однако объём её применения относительно невелик.

Существует несколько разных типов швов, выполняемых при аргонодуговой сварке. К ним можно отнести: стыковой шов, шов внахлестку, угловой шов и т-образный шов.
Стыковой шов - может быть выполнен без помощи присадочного материала (прутка). Данным видом сварки соединяют металлические части по рубцам.
Шов внахлестку - верхний край приваривается к нижнему при двух наложенных друг на друга металлических частей.
Угловой шов - это сварка одного металлического изделия под прямым углом к другому изделию с целью сформировать угол.
Чтобы получить т-образный шов, необходим присадочный пруток (материал). Такой шов получается, если положить одно металлическое изделие перпендикулярно к другому, чтобы получилась т-образная конструкция. Такой вид шва может быть выполнен на любой стороне перпендикулярного рубца.

Аргонодуговую сварку можно использовать для сварки многих металлов, но чаще всего она используется для сварки алюминия, особенно тонколистного. Алюминий можно сваривать и другими видами сварки, однако наиболее точную и чистую сварку сложных изделий (например, трубок автобусных кондиционеров) можно выполнить лишь аргонодуговой сваркой.

Недостатки аргонодуговой сварки

Основными недостатками аргонодуговой сварки являются невысокая производительность при использовании ручного варианта, а применение автоматической сварки не всегда возможно для коротких и разноориентированных швов.

Аргонодуговая сварка. Основные ГОСТы

ГОСТ 5.917-71 Горелки ручные для аргонодуговой сварки типов РГА-150 и РГА-400

ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные

ГОСТ 14806-80 Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 7871-75 Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов

ГОСТ 18130-79 Полуавтоматы для дуговой сварки плавящимся электродом

ГОСТ 2246-70 Проволока стальная сварочная. Технические условия

ГОСТ 23949-80 Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся

ГОСТ 13821-77 Выпрямители однопостовые с падающими внешними характеристиками для дуговой сварки

ГОСТ 10157-79 Аргон газообразный и жидкий. Технические условия

ГОСТ - Государственный стандарт - основная категория стандартов в СССР, сегодня межгосударственный стандарт в СНГ. Принимается Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС). ГОСТ в настоящее время является нормативным неправовым актом.

Газ аргон

Аргон относится к группе инертных газов. При обычных условиях представляет собой газ без выраженного цвета, вкуса и запаха.
В 1785 году химически устойчивый новый газ в воздухе впервые заметил английский химик Г. Кавендиш, но выявить и описать его не смог. Через 100 лет Джон Уильям Страт натолкнулся на неизвестную примесь, которая делает воздух тяжелее. Не найдя объяснения такой аномалии, он обратился за помощью к коллегам. Через 2 года вместе с Уильямом Рамзаем они установили, что в азоте воздуха присутствует примесь неизвестного газа, который тяжелее азота.
Именно тогда - 13 августа 1894 года аргону дали греческое имя, означающее «ленивый». Парадоксальность газа была в том, что он не вступал в реакции с веществами, был абсолютно инертен. В его существовании усомнился и Д.И. Менделеев, потому что новый элемент не вписывался в созданную им систему (периодический закон химических элементов). Только через несколько лет, после открытия гелия аргон получил официальное признание. Инертным газам была отведена отдельная нулевая группа.

Свойства аргона

Одноатомность и химическая инертность аргона объясняются насыщенностью электронных оболочек. Из всех инертных газов он самый лёгкий. Хорошо растворяется в воде и многих органических жидкостях, адсорбируется на поверхностях твёрдых тел. Но при этом не диффундирует сквозь металлы и практически не растворим в них. Благодаря этому свойству он нашёл своё применение в аргонодуговой сварке.
Ещё одно своё свойство аргон проявляет под действием электрического тока - ярко светится. Поэтому этот газ, и его сине-голубое свечение широко используется в светотехнике.
Известно и о его влиянии на живые организмы. При вдыхании смеси из аргона, азота и кислорода в пропорции 69:11:20 под давлением 4 атм. проявляются явления наркоза. В жидком виде он вызывает обморожение кожных покровов, поражает слизистую оболочку глаз.
Хорошо благоприятствует росту растений, так как было экспериментально проверено, что многие растения прорастают в смеси аргона и воздуха.

Достоинства аргона

При применении аргонодуговой сварки получаемые результаты отвечают передовым условиям производства. Отсутствие основных недостатков, какие встречаются у других типов сварки, обусловили её широкое использование. Абсолютно незаменима аргонодуговая сварка в металлургии. Особенно востребована при ремонтных работах с автомобилями, так как качество отремонтированных деталей не хуже, чем новых, однако стоимость ремонта на порядок меньше, чем их полная замена. При очевидных достоинствах аргона нужно отметить высокую однородность получаемых швов и их устойчивость к коррозии, большой потенциал в работе с достаточно тонкостенными элементами, широту использования.
Однако следует отметить, что высокое качество сварки обусловлено не только качественными материалами, аргоном высокой чистоты, современным оборудованием и технологиями, но и опытом, мастерством, квалификацией специалистов (сварщиков).

Использование аргона

Получают аргон при разделении воздуха на кислород и азот в виде побочного продукта. Как доступный дешёвый газ он нашёл широкое применение. Раньше в основном использовался в электровакуумной технике для ламп. В последние годы основная часть добываемого аргона идёт в металлургию и металлообработку, в частности, для аргонодуговой сварки.
Хранят и транспортируют газ в баллонах ёмкостью 40 л. Такие баллоны окрашиваются в серый или чёрный цвет с зелёной полосой. Для перевозки сжиженного аргона используют сосуды Дюара и специальные цистерны с вакуумной изоляцией.
Запасы этого газа неисчерпаемы. Его больше, чем всех элементов его группы. Нужно учитывать, что он устойчив к каким-либо воздействиям и возвращается в атмосферу в не измененном виде. Так как тенденция современной промышленности - активное использование сверхчистых материалов, то производство и потребление аргона будет только расти.

Вольфрам и его применение в сварке

Вольфрам и его сплавы являются весьма перспективными материалами. Вольфрам имеет плотность 19350 кг/м3, самую высокую температуру плавления среди других металлов (3387 °С), а также очень высокое значение модуля упругости. Кроме того, вольфрам обладает большой прочностью и твёрдостью. При обычных температурах он хрупок, хотя тонкие вольфрамовые ленты и проволока гнутся, не разрушаясь. При нагреве в обычных условиях хрупкость вольфрама уменьшается, и уже при 250°С появляется пластичность, возрастающая с повышением температуры.
При обычной температуре вольфрам не окисляется, но при нагреве уже до 300-350 °С начинается его окисление, поэтому вольфрамовые детали могут работать при высоких температурах только в инертной среде или в вакууме.
Вольфрам образует сплавы с железом и интерметаллические соединения Fe2W (62,2% W) и Fe7W6 (73,8% W). Вольфрам растворяет углерод до 0,05%, образуя при высоких температурах химические соединения с ним (карбиды): W2C (3,16% С), WC (6,12% С); последний по твёрдости близок к алмазу.
Вольфрам широко применяют при производстве быстрорежущих и других качественных сталей, введенный в состав стали вместе с хромом, никелем, ванадием вольфрам придает ей свойства самозакаливания на воздухе и повышает температуру упрочняющего отпуска до 700-900°С.
Карбиды вольфрама служат основой для получения твёрдых сплавов, сохраняющих режущие свойства до 1000-1100°С. Твёрдые сплавы состоят из 85-90% WC, 5-15% Со, а также некоторых других карбидов, в основном карбидов титана и тантала.
Сплавами вольфрама с кобальтом и хромом наплавляют быстроизнашивающиеся части машин (лопатки турбин, клапаны двигателей и т.д.). До настоящего времени чистый металлический вольфрам остаётся лучшим материалом для нитей осветительных и электронных ламп, а также других электровакуумных приборов.
- - - - -
Автор статьи: BusCondey.Ru
На страничках сайта - Аргонодуговая сварка и Статьи можно найти дополнительную информацию.