Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Защитные газы - это инертные или полуинертные газы , которые обычно используются в нескольких сварочных процессах, в первую очередь в газовой дуговой сварке металлическим электродом и газовой дуговой сварке вольфрамовым электродом (GMAW и GTAW, более известные как MIG (инертный газ металла) и TIG (инертный газ вольфрама). ), соответственно). Их цель - защитить зону сварного шва от кислорода и водяного пара . В зависимости от свариваемых материалов эти атмосферные газы могут снизить качество сварного шва или затруднить сварку. В других процессах дуговой сварки также используются альтернативные методы защиты сварного шва от воздействия атмосферы - например, при дуговой сварке металлическим электродом в защитных слоях используется электрод.покрытый флюсом, который при потреблении выделяет углекислый газ, полуинертный газ, который является приемлемым защитным газом для сварки стали.

Неправильный выбор сварочного газа может привести к пористому и слабому сварному шву или к чрезмерному разбрызгиванию; последний, хотя и не влияет на сам сварной шов, приводит к снижению производительности из-за трудозатрат, необходимых для удаления разбросанных капель.

При неосторожном использовании защитные газы могут вытеснять кислород, вызывая гипоксию и потенциально смерть. [ требуется медицинская цитата ] [1]

Общие защитные газы [ править ]

Защитные газы делятся на две категории - инертные и полуинертные. Только два из благородных газов , гелий и аргон , достаточно экономичны, чтобы их можно было использовать при сварке. Эти инертные газы используются при газовой дуговой сварке вольфрамом , а также при газовой дуговой сварке металлов для сварки цветных металлов . Полуинертные защитные газы или активные защитные газы включают диоксид углерода , кислород , азот и водород . Эти активные газы используются с GMAW на черных металлах.. Большинство этих газов в больших количествах могут повредить сварной шов, но при использовании в небольших контролируемых количествах могут улучшить характеристики сварного шва.

Свойства [ править ]

Важными свойствами защитных газов являются их теплопроводность и свойства теплопередачи, их плотность по отношению к воздуху и легкость, с которой они подвергаются ионизации. Газы тяжелее воздуха (например, аргон) покрывают сварной шов и требуют меньшего расхода, чем газы легче воздуха (например, гелий). Теплопередача важна для нагрева сварного шва вокруг дуги. Ионизируемость влияет на то, насколько легко зажигается дуга и насколько требуется высокое напряжение. Защитные газы могут использоваться в чистом виде или в виде смеси двух или трех газов. [2] [3] При лазерной сварке защитный газ играет дополнительную роль, предотвращая образование облака плазмы над сварным швом, поглощая значительную часть лазерной энергии. Это важно для CO 2.лазеры; Nd: YAG-лазеры менее склонны к образованию такой плазмы. Лучше всего эту роль играет гелий из-за его высокого потенциала ионизации; газ может поглотить большое количество энергии, прежде чем станет ионизированным.

Аргон - наиболее распространенный защитный газ, широко используемый в качестве основы для более специализированных газовых смесей. [4]

Двуокись углерода - наименее дорогой защитный газ, обеспечивающий глубокое проникновение, однако он отрицательно влияет на стабильность дуги и усиливает склонность расплавленного металла к образованию капель (брызг). [5] Двуокись углерода в концентрации 1-2% обычно используется в смеси с аргоном для снижения поверхностного натяжения расплавленного металла. Другая распространенная смесь - это 25% диоксида углерода и 75% аргона для GMAW. [6]

Гелий легче воздуха; требуется больший расход. Это инертный газ, не вступающий в реакцию с расплавленными металлами. Его теплопроводностьв приоритете. Ионизировать нелегко, и для зажигания дуги требуется более высокое напряжение. Благодаря более высокому потенциалу ионизации он создает более горячую дугу при более высоком напряжении, обеспечивает широкий и глубокий валик; это преимущество для алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Часто добавляют другие газы. Для сварки нержавеющей стали можно использовать смеси гелия с добавлением 5–10% аргона и 2–5% углекислого газа («тримикс»). Также используется для обработки алюминия и других цветных металлов, особенно для более толстых сварных швов. По сравнению с аргоном гелий дает более энергоемкую, но менее стабильную дугу. Гелий и диоксид углерода были первыми защитными газами, которые использовались с начала Второй мировой войны. Гелий используется в качестве защитного газа при лазерной сварке лазеров на диоксиде углерода . [7]Гелий дороже аргона и требует более высоких скоростей потока, поэтому, несмотря на его преимущества, он может оказаться неэффективным выбором для крупносерийного производства. [8] Чистый гелий не используется для производства стали, так как он вызывает неустойчивую дугу и способствует разбрызгиванию.

Кислород используется в небольших количествах в качестве добавки к другим газам; обычно в виде 2–5% добавок к аргону. Он повышает стабильность дуги и снижает поверхностное натяжение расплавленного металла, увеличивая смачивание твердого металла. Применяется для сварки распылением низкоуглеродистых , низколегированных и нержавеющих сталей . Его наличие увеличивает количество шлака. Аргон-кислород ( Ar-O 2) смеси часто заменяют на смеси аргон-углекислый газ. Также используются смеси аргон-диоксид углерода-кислород. Кислород вызывает окисление сварного шва, поэтому он не подходит для сварки алюминия, магния, меди и некоторых экзотических металлов. Повышенное содержание кислорода заставляет защитный газ окислять электрод, что может привести к пористости в осадке, если электрод не содержит достаточного количества раскислителей . Избыточный кислород, особенно при использовании там, где он не предписан, может привести к хрупкости в зоне термического влияния. Смеси аргон-кислород с 1-2% кислорода используются для аустенитной нержавеющей стали, где аргон-CO 2 не может быть использован из-за необходимого низкого содержания углерода в сварном шве; сварной шов имеет прочное оксидное покрытие и может потребовать очистки.

Водород используется для сварки никеля и некоторых нержавеющих сталей, особенно более толстых деталей. Улучшает текучесть расплавленного металла и повышает чистоту поверхности. Обычно его добавляют к аргону в количестве менее 10%. Его можно добавлять в смеси аргона и диоксида углерода, чтобы противодействовать окислительному эффекту диоксида углерода. Его добавление сужает дугу и увеличивает температуру дуги, что приводит к лучшему проплавлению сварного шва. В более высоких концентрациях (до 25% водорода) его можно использовать для сварки проводящих материалов, таких как медь. Однако его нельзя использовать для стали, алюминия или магния, поскольку он может вызвать пористость и водородное охрупчивание ; его применение обычно ограничивается некоторыми нержавеющими сталями.

Добавление оксида азота служит для уменьшения образования озона . Он также может стабилизировать дугу при сварке алюминия и высоколегированной нержавеющей стали.

Другие газы могут использоваться для специальных применений в чистом виде или в качестве присадок к смеси; например гексафторид серы или дихлордифторметан . [9]

Гексафторид серы может быть добавлен в защитный газ для сварки алюминия, чтобы связать водород в области сварного шва и уменьшить пористость сварного шва. [10]

Дихлордифторметан с аргоном может использоваться в качестве защитной атмосферы при плавлении алюминиево-литиевых сплавов. [11] Это снижает содержание водорода в алюминиевом сварном шве, предотвращая связанную с этим пористость.

Общие миксы [ править ]

  • Аргон-углекислый газ
    • C-50 (50% аргона / 50% CO 2 ) используется для сварки труб короткой дугой ,
    • C-40 (60% аргона / 40% CO 2 ) используется для некоторых случаев дуговой сварки порошковой проволокой . Лучше проплавление, чем у C-25.
    • C-25 (75% аргона / 25% CO 2 ) обычно используется любителями и в мелкомасштабном производстве. Ограничивается сваркой с коротким замыканием и шаровым переносом. Обычно применяется для дуговой сварки низкоуглеродистой стали в газовой среде с коротким замыканием.
    • C-20 (80% аргона / 20% CO 2 ) используется для короткого замыкания и распыления углеродистой стали.
    • C-15 (85% аргона / 15% CO 2 ) широко используется в производственной среде для углеродистых и низколегированных сталей. Имеет меньшее разбрызгивание и хорошее проплавление швов, подходит для толстых листов и стали, значительно покрытой прокатной окалиной . Подходит для сварки коротким замыканием, шаровидной, импульсной и распылительной сварки. Максимальная производительность по тонким металлам в режиме короткого замыкания; имеет более низкую тенденцию к прожиганию, чем смеси с более высоким содержанием CO 2, и имеет достаточно высокие скорости осаждения.
    • C-10 (90% аргона / 10% CO 2 ) широко используется в производственной среде. Имеет низкий уровень разбрызгивания и хорошее проплавление шва, хотя и ниже, чем у C-15; подходит для многих сталей. Те же применения, что и смесь 85/15. Достаточно для ферритных нержавеющих сталей.
    • C-5 (95% аргона / 5% CO 2 ) используется для импульсного распыления и короткого замыкания низколегированной стали. Имеет лучшую устойчивость к прокатной окалине и лучший контроль образования луж, чем аргон-кислород, хотя и меньше, чем C-10. Меньше тепла, чем C-10. [12] Достаточно для ферритных нержавеющих сталей. Характеристики аналогичны аргону с 1% кислорода.
  • Аргон-кислород
    • О-5 (95% аргона / 5% кислорода) - наиболее распространенный газ для сварки углеродистой стали. Более высокое содержание кислорода обеспечивает более высокую скорость сварки. Более 5% кислорода заставляет защитный газ окислять электрод, что может привести к пористости в осадке, если электрод не содержит достаточного количества раскислителей.
    • O-2 (98% аргона / 2% кислорода) используется для сварки струйной дугой на нержавеющей стали, углеродистой стали и низколегированных сталях. Лучше смачивание, чем О-1. Сварной шов более темный и более окисленный, чем у О-1. Добавление 2% кислорода способствует переносу струи, что имеет решающее значение для сварочной дуги с распылением и импульсной сварочной дуги GMAW.
    • O-1 (99% аргона / 1% кислорода) используется для нержавеющих сталей. Кислород стабилизирует дугу.
  • Аргон-гелиевый
    • A-25 (25% аргона / 75% гелия) используется для основы из цветных металлов, когда необходимы более высокая погонная энергия и хороший внешний вид сварного шва.
    • A-50 (50% аргона / 50% гелия) используется для цветных металлов толщиной менее 0,75 дюйма для высокоскоростной механизированной сварки.
    • А-75 (75% аргона / 25% гелия) применяется для механизированной сварки толстого алюминия. Уменьшает пористость сварного шва в меди. [13]
  • Аргон-водород
    • H-2 (98% аргона / 2% водорода)
    • H-5 (95% аргона / 5% водорода)
    • H-10 (80% аргона / 20% водорода)
    • H-35 (65% аргона / 35% водорода) [14]
  • Другие
    • Аргон с 25–35% гелия и 1-2% CO 2 обеспечивает высокую производительность и хорошие сварочные швы на аустенитных нержавеющих сталях. Может использоваться для соединения нержавеющей стали с углеродистой сталью.
    • Аргон-CO 2 с 1–2% водорода создает восстановительную атмосферу, которая снижает количество оксидов на поверхности сварного шва, улучшает смачивание и проплавление. Подходит для аустенитных нержавеющих сталей.
    • Аргон с 2–5% азота и 2–5% CO 2 при коротком замыкании обеспечивает хорошую форму и цвет сварного шва, а также увеличивает скорость сварки. Для распыления и импульсного распыления он почти эквивалентен другим тримиксам. При соединении нержавеющих сталей с углеродистыми в присутствии азота необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить надлежащую микроструктуру сварного шва. Азот увеличивает стабильность дуги и проплавление, а также снижает деформацию свариваемой детали. В дуплексных нержавеющих сталях способствует поддержанию надлежащего содержания азота.
    • 85–95% гелия, 5–10% аргона и 2–5% CO 2 - это промышленный стандарт для сварки углеродистой стали коротким замыканием.
    • Аргон - углекислый газ - кислород
    • Аргон – гелий – водород
    • Аргон - гелий - водород - диоксид углерода

Приложения [ править ]

Применение защитных газов ограничено, прежде всего, стоимостью газа, стоимостью оборудования и местом проведения сварки. Некоторые защитные газы, например аргон, дороги, что ограничивает их использование. Оборудование, используемое для подачи газа, также требует дополнительных затрат, и, как следствие, в определенных ситуациях могут быть предпочтительны такие процессы, как дуговая сварка в защитном металлическом корпусе, для которых требуется менее дорогое оборудование. Наконец, поскольку атмосферные движения могут вызвать рассеивание защитного газа вокруг сварного шва, сварочные процессы, требующие использования защитных газов, часто выполняются только в помещении, где окружающая среда стабильна и атмосферные газы могут эффективно предотвращаться от попадания в зону сварки.

Желаемая скорость потока газа зависит в первую очередь от геометрии сварного шва, скорости, силы тока, типа газа и используемого режима переноса металла. Сварка плоских поверхностей требует более высокого расхода, чем сварка материалов с канавками, поскольку газ рассеивается быстрее. Как правило, более высокая скорость сварки означает, что необходимо подавать больше газа для обеспечения надлежащего покрытия. Кроме того, более высокий ток требует большего потока, и, как правило, для обеспечения адекватного покрытия требуется больше гелия, чем аргона. Возможно, наиболее важно то, что четыре основных варианта GMAW имеют разные требования к потоку защитного газа - для небольших сварочных ванн в режимах короткого замыкания и импульсного распыления около 10  л / мин (20 футов 3 / ч).) обычно подходит, в то время как для глобулярного переноса предпочтительно около 15 л / мин (30 фут 3 / ч). Вариация струйного переноса обычно требует большего из-за более высокого тепловложения и, следовательно, большей сварочной ванны; по линиям 20–25 л / мин (40–50 фут 3 / ч). [15]

См. Также [ править ]

  • Формовочный газ

Внешние ссылки [ править ]

  • Справочник по защитному газу

Ссылки [ править ]

  1. ^ Джаваид, Асра. «Работа со сварочным дымом: ресурсы: Американское сварочное общество» . www.aws.org .
  2. ^ Литтл, Кевин. (2005-01-11) Упрощение выбора защитного газа . TheFabricator. Проверено 8 февраля 2010.
  3. ^ Эволюция защитного газа . Aws.org. Проверено 8 февраля 2010.
  4. ^ Расширенное руководство по типам сварочного газа
  5. ^ Что следует знать о защитном газе
  6. ^ Выбор защитного газа для порошковой сварки
  7. ^ Дауэс, Кристофер (1992), Лазерная сварка: практическое руководство , издательство Woodhead Publishing , стр. 89, ISBN 978-1-85573-034-2.
  8. ^ Бернард - Для отличных сварных швов нужен правильный газ: как защитный газ может сделать или повредить сварной шов. Архивировано 18 сентября 2010 г. в Wayback Machine . Bernardwelds.com. Проверено 8 февраля 2010.
  9. ^ Защитный газ для лазерной сварки - Патент 3939323 . Freepatentsonline.com. Проверено 8 февраля 2010.
  10. ^ Способ сварки материала с пониженной пористостью - заявка на патент 20070045238 . Freepatentsonline.com (29 августа 2005 г.). Проверено 8 февраля 2010.
  11. ^ Защитная атмосфера для расплавленного литий-алюминиевого или чистого лития - Патент EP0268841 . Freepatentsonline.com. Проверено 8 февраля 2010.
  12. ^ Аргон-Двуокись углерода Смеси - StarGold Praxair и Mig Mix Gold бленды архивации 2010-01-13 в Wayback Machine . Praxair.com. Проверено 8 февраля 2010.
  13. ^ Аргон-гелиевые смеси для сварки стали с покрытием
  14. ^ Таблица перекрестных ссылок на защитный газ
  15. ^ Кэри, Говард Б .; Хельцер, Скотт К. (2005), Современные сварочные технологии (6-е изд.), Прентис Холл , стр. 123–125, ISBN 0-13-113029-3.