2.4. Защитные и горючие газы

Для защиты дуги, расплавленного и нагретого металла применяют аргон, гелий, водород, азот, углекислый газ, кислород и их смеси.

Аргон (Ar) – одноатомный инертный газ тяжелее воздуха, без запаха. По ГОСТ 10157-79 поставляется двух сортов. Аргон высшего качества предназначен для сварки изделий из цветных металлов и и для сварки ответственных изделий. Аргон первого сорта применяют для сварки сталей. Кроме чистого аргона применяют смеси его с другими газами по особым ТУ (техническим условиям).

Гелий (He) – одноатомный инертный газ легче воздуха. Поставляется по ГОСТ 20461-75 двух сортов: гелий высокой чистоты и гелий технический.

Углекислый газ (СО₂) – активный защитный газ. Выпускается согласно ГОСТ 8050-85 трех марок: сварочный, пищевой и технический. В чистом виде применяется для защиты в основном при сварке углеродистых и низколегированных сталей. В смеси с аргоном и другими газами может быть использован при сварки легированных сталей.

Водород (H₂) – газ в 14,5 раз легче воздуха. Выпускается по ГОСТ 3022-80. Водород применяют только в смесях.

Кислород (O₂) в качестве защитного газа применяется как добавка к аргону или углекислому газу. Кроме этого, кислород используют при газовой (ацетилено-кислородной) сварке и резке металлов в качестве окислителя горючего газа ГОСТ 5583-78 предусматривает три сорта кислорода.

Из горючих газов наиболее часто применяется ацетилен (C₂H₂)

Газы поставляются в газообразном виде в баллонах определенной окраски согласно ГОСТ 949-73 (Таблица).

Таблица

Газ	Баллон	Надпись	Полоса
ГОСТ 10157-79 Аргон	Серый	Зеленая	Зеленая
ГОСТ 20461-75 Гелий	Коричневый	Белая	-
ГОСТ 9293-74 Азот	Черный	Желтая	Коричневая
ГОСТ 8050-85 Двуокись углерода	Черный	Желтая	-
ГОСТ 5583-78 Кислород	Голубой	Черная	-
ГОСТ 3002-80 Водород	Темно-зеленый	Красный	-

Исключение составляет ацетилен, который поставляется по ГОСТ 5457-75 не только в газообразном виде, но и в специальных баллонах с пористым наполнителем, пропитанным ацетоном. При этом ацетилен растворен в ацетоне. В зависимости от типа пористой массы баллон окрашивают в серый либо белый (так называемая литая пористая масса) цвет.

Сварка в защитных газовых смесях

Электросварочные работы в среде чистых газов (особенно двуокиси углерода) в промышленно развитых странах не производятся давно. Вместо них применяются многокомпонентные газовые смеси.

Для защиты сварочной дуги используются смеси на основе аргона, гелия и других технических газов. Многолетний опыт применения газовых смесей показывает, что смеси по ряду параметров значительно повышают качество сварного соединения по сравнению с чистыми газами. Кроме того использование сварочных смесей позволяет снизить себестоимость сварочных работ.

Завод Уралтехгаз (Екатеринбург) производит защитные газовые смеси для сварки конструкционных материалов по следующим направлениям:

• смеси для сварки углеродистых сталей;

• смеси для сварки легированных сталей;

• смеси для сварки алюминия. Конструкционные стали — это общее название, охватывающее широкий диапазон металлов различного состава. Конструкционные стали — один из основных материалов, используемых для изготовления металлоконструкций, поэтому способ электродуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродами является наиболее оптимальным для их соединения.

Защитные газовые смеси для сварки плавящимся электродом

Газовая смесь К-2 (Pureshield P3¹). Это наиболее универсальная из всех смесей для углеродисто-конструкционных сталей. Состоит из 82% аргона и 18% двуокиси углерода. Подходит практически для всех типов материалов.

Газовая смесь К-3.1 (Argoshield 5). Эта смесь состоит из 92% аргона, 6% двуокиси углерода, 2% кислорода. Разработана для листовых и узких профильных (сортовых) сталей. Дает устойчивую дугу с низким уровнем разбрызгивания, небольшим усилением и плоским гладким профилем сварного шва. Смесь превосходна для глубокого провара и идеально подходит для сварки листового металла. Газовая смесь К-3.2 (Argoshield ТС). Это смесь 86% аргона, 12% двуокиси углерода, 2% кислорода. Дает устойчивую дугу с широкой зоной нагрева и хорошим проваром профиля, подходит для глубо кого провара, сварки коротких швов и для наплавки. Может использоваться для сварки во всех положениях. Идеально подходит ддя ручной, автоматической и сварки с применением робота-автомата.

Газовая смесь К-3.3 (Argoshield 20). Это смесь 78% аргона, 20% двуокиси углерода, 2% кислорода. Специально разработана для глубокого провара широкого ассортимента профилей. Смесь хорошо подходит для наплавки и сварки толстых прокатных (сортовых) сталей. Газовая смесь НП-1 (Helishield HI). Это смесь 85% гелия, 13,5% аргона, 1,5% двуокиси углерода. Данная смесь дает великолепные чистые швы с гладким профилем и незначительное, либо не дает совсем, окисление поверхности. Идеально подходит для тонких материалов, где высокая скорость прохода дает низкий уровень деформации (искривления) металла.

Газовая смесь НП-2 (Helishield H7). Это смесь 55% гелия, 43% аргона, 2% двуокиси углерода. Придает низкий уровень сварочному армированию и обеспечивает высокую скорость сварки. Смесь хорошо подходит для автоматической сварки и для применения роботов-автоматов с использованием широкого спектра толщин свариваемых материалов.

Газовая смесь НП-3 (Helishield H101). Это смесь 38% гелия, 60% аргона, 2% двуокиси углерода. Придает стабильность дуге, что обеспечивает низкий уровень разбрызгивания и снижает вероятность появления дефектов шва. Газовая смесь НП-3 рекомендуется для сварки материалов толщиной свыше 9 мм.

От выбора защитной газовой смеси зависит качество сварки. Так, смеси, содержащие в своем составе гелий, повышают температуру сварочной дуги, что улучшает проплавление сварного шва, увеличивая производительность сварки в целом.

Данные защитные газовые смеси применимы для электродуговой сварки, как углеродистых, так и легированных сталей.

Защитные газовые смеси для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом

Газовая смесь НН-1 (Helishield H3). Это инертная газовая смесь, состоящая из 30% гелия и 70% аргона, Дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки, более ровная поверхность шва.

Газовая смесь НН-2 (Helishield H5). Это инертная газовая смесь, состоящая из 50% гелия и 50% аргона. Наиболее универсальная га зовая смесь, подходит для сварки материалов практически любой толщины.

Газовая смесь НН-3 (Helishield H2). Это инертная газовая смесь, состоящая из 70% гелия и 30% аргона. Использование этой смеси для сварки тонких материалов может существенно понизить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить, или даже устранить необходимость подогрева.

Сварка неплавящимся электродом с использованием газовых сварочных смесей применяется для соединения цветных металлов и легированных сталей.

Cравнивая два способа зашиты сварочной ванны (двуокись углерода и многокомпонентные газовые смеси), можно сделать выводы в пользу применения многокомпонентных газовых смесей, так как только при этом способе защиты стало возможным:

+ увеличение количества наплавленного металла за единицу времени (табл. 1 и 2);

+ снижение потерь электродного металла на разбрызгивание (табл. 1 и 2);

+ снижение количества прилипания брызг (набрызгивания) в районе сварного шва и как следствие уменьшение трудоемкости по их удалению (табл. 1 и 2);

+ повышение пластичности наплавленного металла, особенно ударной вязкости (табл. 1 и 2);

+ cтабилизирование процесса сварки и улучшение качества ме талла шва (снижение пористости и неметаллических исключе ний);

+ использование газовых сварочных смесей требует высокой культуры производства и квалификации сварщика;

* для сварки металлоконструкций с использованием газовых сва рочных смесей приемлемо использование отечественных свароч ных полуавтоматов (автоматов, роботов);

+ для обеспечения стабильности процесса сварки необходимо создать условия равномерной подачи сварочной проволоки в зону сварки;

+смеси, содержащие более 12% СО₂, не обеспечивают переход с капельного переноса электродного металла в струйный, что снижает диапазон применения подобных смесей для сварки толщин свыше 9 мм;

+сварку в вертикальном положении можно вести только в режиме капельного переноса электродного металла;

+ использование смеси Аг + О₂ с процентным содержанием кислорода свыше 3% неприемлемо для п/автоматической сварки плавящимся электродом углеродистых сталей (ввиду мощного теплового излучения и неэффективности защиты металла сварного шва, так как появляется пористость);

+ в режиме струйного переноса электродного металла сварку необходимо вести короткой дугой во избежание несплавлений наплавленного металла с основным;

+ применение той или иной газовой сварочной смеси предопределяется толщиной свариваемого металла, степенью его легирования и требованиями к качеству металла сварного шва и сварного соединения в целом.