Сварка аргоном

Оборудование для сварки

Применяют несколько видов аппаратов:

• для ручной электродуговой сварки плавящимся или вольфрамовым электродом, работающих по технологии MIG/MAG;
• поддерживающие режимы WIG/TIG;
• полуавтоматы с подачей аргона.

При выборе сварочного аппарата для нержавейки и алюминия учитывают особенности сплавов, из которых сделаны детали. Лучше использовать высокочастотный переменный ток, в качестве генератора для дугового метода чаще выбирают небольшой инвертор. При выборе газового оборудования желательно подобрать горелку с линзой, оснащенной сеточкой, расход газа будет меньше, он обеспечит нормальную защиту ванны расплава. У сварочного полуавтомата для сварки алюминия и нержавейки должен был импульсный режим работы, желательна функция «Сoldarc».

Если при соединении алюминиевых и нержавеющих заготовок учитывать особенности металлов, можно добиться неплохого качества швов. Новичкам работа с разнородными сплавами не по силам, лучше обратиться в специализированные организации, оказывающие услуги по сварке.

Применять приспособления для сварки, предотвращающие образование деформаций

Необходимая техническая информация

Зачастую необходимость в аргонно-дуговой сварке возникает не только на предприятиях, но и дома. Например, вам потребуется ремонт автомобиля или электрического бойлера, где бак сделан из нержавеющей стали, хотя есть много других агрегатов, в изготовлении которых задействованы сплавы и цветмет. Поэтому, зная технологию процесса, вы сможете научиться варить самостоятельно. 

Что это такое

Эта технология предусматривает на первый взгляд странное гибридное сочетание газа и электричества. Тем не менее, метод сварки в среде аргона функционирует и позволяет работать практически со всеми металлами. Более всего такой метод востребован для сварки нержавеющей стали, чугуна, меди и алюминия – их чаще всего используют при создании разных узлов и механизмов. В бытовом плане практически каждый человек сталкивается с продуктами, где применялся аргонно-дуговой метод – это маленькие бронзовые крючки для вешалки, различные люстры, бра и торшеры или задняя часть нашего холодильника.

Как видите, аргонно-дуговая сварка или, точнее, продукты, которые невозможно было бы сделать без её применения, окружают нас в быту, следовательно, такой метод очень даже может пригодиться любому домашнему умельцу. Но, как известно, рождение хорошего специалиста-практика всегда должно быть подтверждено теоретическими знаниями, и иначе не бывает. Здесь, конечно, не понадобится изучать состав элементов по таблице Менделеева, но вот без знания и понимания физических процессов плавления металлов в инертной среде никак не обойтись.

Технология предусматривает гибридное сочетание газа и электричестваИсточник svarkalegko.com

Технология сварки аргоном содержит в себе разрешение дилеммы: для поддержания горения нужен кислород, но O2 способствует окислению металлов, что неблагоприятно сказывается на соединении. При застывании сварочной ванны там образуется множество пузырьков, что никак не содействует прочности шва, а если это алюминий, то он попросту сгорает. Инертный аргон, подаваемый на ванну, окутывает место сварки защитным облаком, что минимализирует процесс окисления. Как видите, инертный газ является изоляцией от других элементов, которые есть в обычном воздухе в естественных условиях, то есть, от воздуха, которым мы дышим. Ar тяжелее всех составных газов из этого состава, поэтому сварочная дуга и часть ванны оказываются в его оболочке. 

Примечание: в некоторых случаях вместо аргона (Ar) используют гелий (He) – это тоже инертный газ. Но такое происходит скорее в виде исключения, нежели правила, так как гелий гораздо дороже.

Обратите внимание, почему предпочтение отдают именно аргону:

• Ar тяжелее всех атмосферных газов, следовательно, он способен вытеснить их из ванны;
• инертный Ar не вступает в реакцию с веществами, которые присутствует во время сварочного режима.

Теперь поговорим о методах, при которых такой процесс осуществляется в настоящее время. Существует всего три способа:

• Ручной. Когда сварщик работает ручной аргонодуговой сваркой, ему необходимо задействовать обе руки – в одной из них придется держать горелку, а другой пруток.
• Полуавтомат. Сварщик удерживает и направляет горелку рукой, а пруток подается автоматически.
• Автомат. Перемещение горелки и прутка осуществляется автоматически, но под наблюдением оператора. Также есть линии, на которых функции человека выполняет робот с числовым программным управлением.

Линия сборки-сварки тавровых балок завода “Красное Сормово”Источник google.com.ua

Этапы проведения аргоновой сварки

Технология сварки аргоном должна проводиться правильно с учетом всех требуемых правил. Во время этого процесс обязательно должны использоваться неплавящиеся электроды.

Для проведения сварки обязательно требуется подготовить необходимые элементы:

• Источник питания;
• Горелка с вольфрамовым электродом;
• Газовый баллон с аргоном;
• Присадочная проволока.

Электрод устанавливается в держатель горелки, он должен выступать вперед на 2-5 мм. Диаметр данного компонента подбирается в зависимости от характера сварного шва, толщины соединяемых металлических деталей. Вокруг держателя электрода располагается сопло, которое осуществляет подачу электрода в область сварки при проведении работ.

Как варить аргонной сваркой? Сварочный процесс с поддувом выполняется в следующей последовательности:

• Очищение поверхности зоны сварки;
• Приведение горелки в рабочее положение – подача аргона для создания защитного слоя и розжиг дуги;
• Процесс выполнения сварного шва.

Каждый сварщик должен знать, как варить аргоновой сваркой, важные особенности данного процесса и последовательность всех действий. Перед тем как приступать к сварке стоит произвести тщательное очищение кромочной поверхности соединяемых деталей от загрязнений и оксидной пленки. Для этих целей может применяться механический и химический способ очистки, после которого производится обезжиривание поверхностей.

После этого оборудование приводится в рабочее состояние:

• Источник питания подключается к электрической сети;
• К детали, которая подлежит сварке, при помощи кнопок на горелке подается защитный газ. А сама деталь подключается к «массе»;
• При помощи высокочастотного импульса разжигается дуга. Она будет замыкать цепь между электродом и металлом сварного изделия;
• Газ должен подаваться заранее, примерно за 20 секунд перед подачей тока. Это требуется для обеспечения защитного слоя.

При проведении процесса ни в коем случае нельзя допускать касания вольфрамового электрода свариваемой поверхности. Он должен располагаться на минимальном расстоянии от нее (2 мм), это позволит создать малую сварочную дугу. В данной ситуации она сможет обеспечить максимальное проплавление металла по толщине.

Сразу же после разжигания дуги сварщик приступает к созданию шва в области, которая защищена аргоном. Что такое аргоновая сварка и как она производится? Рассмотрим весь процесс:

• При помощи горелки, которая располагается в правой руке, сварщик медленно ведет дугу строго по линии шва;
• Левой рукой специалист навстречу движению горелки подает присадочную проволоку в область сварки;
• Присадочная проволока должна постоянно находиться перед горелкой под небольшим углом от 150 до 300 по отношению к свариваемой поверхности;
• Электрод с горелкой должен образовывать угол в 900.

Во время выполнения ручных сварочных работ не стоит допускать резкую подачу присадочной проволоки. Это может привести к сильному разбрызгиванию металла и к образованию неровной линии сварного шва. После окончания сварочных работ подача аргона не должна прекращаться сразу, это предотвратит окисление еще не остывшего металла.

Технология и виды сварки аргоном

В основе аргонной сварки лежит принцип традиционной электродуговой сварки, только защитной средой выступает не углекислота, а нейтральный газ — аргон. Также используют и другие инертные газы — например, гелий, однако сварка металлов в аргоновой среде более экономична из-за меньшего расхода газа и его низкой стоимости.

Аргонодуговая сварка проводится в сварочной ванне, заполненной инертным газом, препятствующим доступу кислорода к сварочному шву. В результате расплавляемый электродом сварочного аппарата металл не выгорает, что обеспечивает формирование ровного и прочного шва с единой структурой.

В зависимости от того, что сваривают аргоном и какой метод сварки выбран, могут применяться как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды из вольфрама или графита. Такая технология широко распространена и позволяет сваривать различные металлические изделия в домашних и промышленных условиях. Сегодня можно встретить следующие виды аргоновой сварки:

• Ручная сварка аргоном. Работы проводятся с помощью ручного сварочного инвертора с горелкой, оснащённой как плавящимся, так и неплавящимся электродом. При этом способе горелку приходится перемещать по сварочному шву вручную, а при необходимости наплавки металла проволока подаётся ручным способом.
• Полуавтоматическая сварка аргоном. Эта технология предполагает использование инверторных полуавтоматов. Такие аппараты оснащены горелкой особой конструкции, через которую как автоматически подаётся присадочная проволока, так и устанавливаются в них неплавящийся электрод. При схожести способов сварки с обычным полуавтоматом, в быту такое оборудование можно встретить гораздо реже из-за его дороговизны и громоздкости.
• Автоматическая (промышленная) аргоновая сварка. Здесь сварка металлов и сплавов осуществляется с помощью промышленных установок, оснащённых приводами и ЧПУ. Оператор только задаёт основные параметры сварки, в то время как перемещение горелки и подача проволоки осуществляется автоматически.

Учитывая широкий перечень того, что варят аргоновой сваркой, производители сумели адаптироваться к требованиям рынка и разработали многофункциональные MIG/TIG сварочные полуавтоматы, работающие как с обычной углекислотой, так и с другими инертными газами, включая аргон. Они оснащены сменными горелками для разных режимов работы и станут отличным решением для небольшого производства.

Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки

Розжиг дуги при разных электродах

Во время использования расплавленных электродов розжиг дуги происходит при соприкосновении электрода с изделием. Электродная проволока при касании металлического изделия начинает искрить и вокруг нее начинается активное испарение паров железа. Именно они оказывают влияние на степень ионизации аргона, они ее снижают, поэтому розжиг дуги происходит достаточно быстро и легко.

При применении неплавящихся электродов розжиг дуги таким способом будет невозможен. Дело в том, что чистый сварочный аргон обладает высоким показателем ионизации, и для розжига он требует более сильную искру. А при касании вольфрамового электрода поверхности металла ее не удается получить. Также во время ее касания происходит сильное загрязнение поверхности и ее оплавление.

По этой причине для разжигания дуги при вольфрамовом электроде используется вспомогательный прибор, который называется осциллятором. При помощи него после включения устройства на электрод подается высоковольтное напряжение с высокой частотой импульсов, которые обеспечивают ионизацию промежутка между дугой и металлической поверхностью изделия с последующим розжигом дуги.

Обычно для создания сварного шва применяется аргонодуговая сварка с постоянным и переменным током. Если сварочный процесс выполняется в режиме переменного тока, то осциллятор выполняет роль стабилизатора, который подает импульсы в моменты замены полярности. Это обеспечивает стабильное горение сварочной дуги.

Во время сварки с применением постоянного тока на анодном и катодном конце величина выделяемого тепла может быть разной. При значении меньше 300 ампер до 70 % выделяемого тепла образуется на аноде и только 30 % на катоде.

Для обеспечения большого нагрева металла, которое приводит к его расплавлению и исключению перегрева электрода, используется прямая полярность. В этом случае самое сварное изделие является анодом, а электрод служит катодом.

А что варят аргоновой сваркой с такой схемой? Она отлично подходит для сваривания меди и ее сплавов, ее применяют для цветных металлов, исключением является алюминий и его сплавы. Для этого металла используется сварка с переменным током, которая позволяет эффективно удалить окисный поверхностный слой.

Режимы сварки

Сварка аргоном бывает ручной, полуавтоматической, автоматической. Вся разница в участии сварщика в подаче присадочной проволоки и управлении движением горелки. В ручном режиме все эти процессы находятся под контролем сварщика. Поэтому от специалиста требуется опыт и навык, чтобы качественно приварить металлы. В полуавтоматическом режиме проволока подается механически, а при использовании автоматического оборудования сварщик уже не требуется. Управлением сварочным аппаратом занимается оператор.

Ток при сварке может быть как постоянным, так и переменным. Это зависит от свариваемого материала. Алюминий варят переменным током, большинство других материалов – постоянным. Значение тока зависит от диаметра вольфрамового электрода и типа тока. Например, при трёхмиллиметровом электроде потребуется 130 А переменного тока или 160 А постоянного.

Правильно заточить вольфрамовый электрод

Заточка вольфрамового электрода, точнее способ и угол заточки, оказывают существенное влияние на форму дуги и ее поведение и, как следствие, на форму сварного шва и срок службы неплавящегося электрода.

Для заточки необходимо применять круги с мелким абразивным зерном (идеальный вариант – это алмазный круг). Целесообразно применять шлифовальные круги с зернистостью 40 и менее (размер абразивных части менее 400 мкм), поскольку в данном случае риски от абразива на поверхности будут менее глубокие и в процессе заточки будет стачиваться меньше драгоценного вольфрама. Глубокие канавки от абразива вызывают потери энергии и нестабильное поведение дуги. Желательно на абразивном круге, где производится зачистка не работать с другими материалами т.к. их частички могут осаживаться на поверхность электрода.

Заточку вольфрамового электрода необходимо производить в продольном (по оси электрода), а не в поперечном направлении.

Поскольку вольфрамовые электроды в процессе изготовления имеют структуру зерна, которая расположена вдоль оси и заточка в поперечном направлении является шлифованием поперек зерна. Но это является не столь существенным как тот факт, что электроны текут с большой плотностью по поверхности электрода и, если на нем канавки от заточки расположены поперек – электронам тяжелее их преодолевать. Поскольку дуга ищет места с наименьшим сопротивлением – она может возникнуть не на конце вольфрамового электрода, а в канавках от шлифования и будет вращаться вокруг заостренного конца, что в свою очередь вызывает перегрев электрода и его быстрый износ.

Если следы от абразива расположены вдоль – электроны текут равномерно к заостренному концу электрода с меньшим сопротивлением. В данном случае дуга зажигается на конце, является более стабильной и менее нагревает вольфрамовый электрод, что увеличивает срок его службы.

В процессе заточки следить чтобы металл не перегревался. Признаком перегрева является изменение цвета поверхности и показывает, что на поверхности образовались оксиды, которые имеют большее сопротивление чем вольфрам и будут препятствовать зажиганию дуги.

Угол заточки вольфрамового электрода, играет главную роль при сварке аргоном.

Чем тупее угол заточки >30°:

• тяжелее зажигание дуги;
• более узкий сварной шов;
• необходима больше сила сварочного тока;
• увеличение возможности блуждания дуги;
• возрастание глубины проплавления металла;
• дольше срок службы электрода из вольфрама.

Чем острее угол заточки <30°:

• легче зажигание дуги;
• более широкий сварной шов;
• необходима меньше сила сварочного тока;
• уменьшение возможности блуждания дуги;
• снижение глубины проплавления металла;
• меньше срок службы электрода из вольфрама.

В процессе аргонной сварки на переменном токе на конце неплавящегося электрода выделяется значительное количество тепла, которое расплавляет вольфрам, поэтому необходимо делать небольшое притупление, которое позволит сформировать шарик расплавленного вольфрама на конце.

Выбрать правильный вольфрамовый электрод

Немаловажным фактором при аргонодуговой сварке является правильно подобранный вольфрамовый электрод, проводящий сварочный ток к дуге. На правильный выбор влияют два фактора:

• толщина свариваемого металла
• величина сварочного тока

В зависимости от стандарта на изготовление электроды поставляются различных диаметров, обычно от 1 до 4 мм, и длиной 150 или 175 мм.

Согласно ISO 6848 «Дуговая сварка и резка. Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся. Классификация» электроды поставляются длинами и диаметрами, указанными в таблицах ниже.

Длина электродов из вольфрама и допуск (ISO 6848)

Длина, мм	Допуск, мм
50	±1,5
75	+2,5 -1,0
150	+4 -1
175	+6 -1
300	+8 -1
450	+8 -1
600	+13 -1

В состав электродов входит чистый вольфрам и вольфрам с активирующими присадками (редкоземельными элементами и их оксидами):

• окись лантана
• окись иттрия
• двуокись тория
• тантал
• церий

Во избежание путаницы, в зависимости от химического состава, вольфрамовые электроды делятся по цветам маркировки, которую наносят на один из концов. Требование о необходимости нанесения цветной маркировки изложные в ISO 6848 и ГОСТ 24949.

Маркировка вольфрамовых электродов по цветам согласно ISO 6848

Классификационные символы	Химический состав	Код цвета, RGB значение цвета
Добавление оксида	Примеси, %	Вольфрам,%
Главный оксид	%
WP	Нет	–	0,5 максимум	99,5 минимум	Зеленый #008000
WCe 20	CeO2	1,8 – 2,2	0,5 максимум	остальное	Серый #808080
WLa 10	La2O3	0,8 – 1,2	0,5 максимум	остальное	Черный #000000
WLa 15	La2O3	1,3 – 1,7	0,5 максимум	остальное	Золотой #FFD700
WLa 20	La2O3	1,8 – 2,2	0,5 максимум	остальное	Голубой #0000FF
WTh 10	ThO2	0,8 – 1,2	0,5 максимум	остальное	Желтый #FFFF00
WTh 20	ThO2	1,7 – 2,2	0,5 максимум	остальное	Красный #FF0000
WTh З0	ThO2	2,8 – 3,2	0,5 максимум	остальное	Фиолетовый #EE82EE
WZr 3	ZrO2	0,15 – 0,50	0,5 максимум	остальное	Коричневый #A52A2A
WZr 8	ZrO2	0,7 – 0,9	0,5 максимум	остальное	Белый #FFFFFF

Помимо требований международных стандартов, в ГОСТ 24949 также есть требование о классификации вольфрамовых электродов по цветам.

Марка	Массовая доля, %	Цвет
Вольфрам, не менее	Присадки	Примеси, не более
Окись лантана	Окись иттрия	Двуокись тория	Тантал	Алюминий, железо, никель, кремний, кальций, молибден (сумма)
ЭВЧ	99,92	–	–	–	–	0,08	Не маркируется
ЭВЛ	99,95	1,1 – 1,4	–	–	–	0,05	Черный
ЭВИ – 1	99,89	–	1,5 – 2,3	–	–	0,11	Синий
ЭВИ – 2	99,95	–	2,0 – 3,0	–	0,01	0,05	Фиолетовый
ЭВИ – 3	99,95	–	2,5 – 3,5	–	0,01	0,05	Зеленый
ЭВТ – 15	99,91	–	–	1,5 – 2,0	–	0,09	Красный

В таблице ниже указаны рекомендации по выбору типа тока в зависимости от вида свариваемого материала.

Рекомендации по выбору типа тока в зависимости от вида свариваемого металла

Тип металла или сплава, который необходимо сварить	Постоянный ток	Переменный ток
Прямая полярность (- на электроде)	Обратная полярность (+ на электроде)
Алюминий и его сплавы толщиной менее 2,5 мм	допускается	допускается	самый подходящий
Алюминий и его сплавы толщиной более 2,5 мм	допускается	не рекомендуется	самый подходящий
Магний и его сплавы	не рекомендуется	допускается	самый подходящий
Нелегированные и низколегированный стали	самый подходящий	не рекомендуется	не рекомендуется
Нержавеющая сталь	самый подходящий	не рекомендуется	не рекомендуется
Медь	самый подходящий	не рекомендуется	не рекомендуется
Бронза	самый подходящий	не рекомендуется	допускается
Алюминиевая бронза	допускается	не рекомендуется	самый подходящий
Кремниевая (кремнистая) бронза	самый подходящий	не рекомендуется	не рекомендуется
Никель и его сплавы	самый подходящий	не рекомендуется	допускается
Титан и его сплавы	самый подходящий	не рекомендуется	допускается

Каждый вариант имеет характеристики, подходящие для применения в определенных ситуациях или для РАД сварки металлов:

• алюминий и его сплавы сваривают переменным током электродом из чистого вольфрама;
• электроды, легированные церием, являются универсальными и поэтому их применяют практически для аргонодуговой сварки всех типов металлов, а с лантаном или торием применяют для сварки нержавейки, а также меди и титана, и их сплавов;
• торированные электроды обеспечивают преимущество из-за увеличения плотности выделения электронов. При этом необходимо учитывать, что они имеют небольшой уровень радиоактивности.

Технологии аргоновой сварки стали, нержавейки и других материалов

Качество сварка аргоном стали, например, во многом зависит от умения производящего сварку. Он должен проводить горелкой в районе шва медленно, равномерно продвигаясь, не позволяя резких или поперечных движений и равномерно подавая присадочную проволоку. Резкая ее подача может привести к брызгам расплавленного металла, плавность и аккуратность подачи достигаются практическим опытом

Немаловажно и расположение присадочной проволоки. Лучше всего, когда она подается перед горелкой под определенным углом к сварочной поверхности без резких движений. От этого зависит ровность и размер получаемого шва

От этого зависит ровность и размер получаемого шва

От этого зависит ровность и размер получаемого шва.

Еще важно при сварке аргоном нержавейки, например, правильно подобрать нужный режим сварки. Определяя направление и полярность тока, руководствуются характеристиками свариваемого металла, размерами электрода и самих деталей. Многие сплавы, а также стали сваривают на постоянном токе с прямой полярностью

Многие сплавы, а также стали сваривают на постоянном токе с прямой полярностью

Некоторые цветные металлы, такие как магний или алюминий, предпочтительнее варить на переменном токе с обратной полярностью, что быстрее разрушает их пленку, состоящую из оксидов. Сварка на постоянным токе способствует неравномерному отделению тепла: у анода – 70%, а у катода – 30%. Из-за этого, к примеру, для сварки титана аргоном пользуются прямой полярности током, чтобы, не сильно разогревая электрод, качественно сплавлять детали. Подбирая силу сварочного тока, можно воспользоваться специальной таблицей справочной литературы или собственным накопленным опытом

Многие сплавы, а также стали сваривают на постоянном токе с прямой полярностью. Некоторые цветные металлы, такие как магний или алюминий, предпочтительнее варить на переменном токе с обратной полярностью, что быстрее разрушает их пленку, состоящую из оксидов. Сварка на постоянным токе способствует неравномерному отделению тепла: у анода – 70%, а у катода – 30%. Из-за этого, к примеру, для сварки титана аргоном пользуются прямой полярности током, чтобы, не сильно разогревая электрод, качественно сплавлять детали. Подбирая силу сварочного тока, можно воспользоваться специальной таблицей справочной литературы или собственным накопленным опытом.

Быстрота подачи аргона со скоростью вносимых потоков воздухавлияют на расход газа. К примеру, при сварке меди аргоном в помещении, исключающем сквозняки, его расход будет небольшим. А работы по сварке, производимые на улице при порывах бокового ветра, потребуют большего расстояния, отделяющего электрод от свариваемой поверхности детали. Воздушный поток будет сдувать аргон, оставляя металл шва незащищенным. Чтобы избежать таких сложностей применяют особое сопло с сеткой в мелкую ячейку, называемое конфузорным.

Нередко в смесь газов вместе с аргоном включают немного кислорода. Он, в отличие от инертного аргона, реагируя с вредоносными примесями, способен защищать от них свариваемую поверхность изделия. Из-за воздействия кислородом грязь и различные присадки, образующиеся в ходе плавления металлов, сгорают либо образуют другие соединения, способные всплывать поверх ванны сварки. Так, применение кислорода позволяет бороться с порами в шве при сварке чугуна аргоном.

Отдельные достоинства с недостатками имеются у каждой технологии, есть они и у сварки аргоном. Ее главным преимуществом является возможность защитить сварочную ванну и шов от атмосферного воздействия. Также плюсом производимой полуавтоматом сварки аргоном считается большая скорость проведения работ, обусловленная высокой температурой дуги. При этом можно не бояться видоизменить форму возводимой конструкции благодаря небольшой области нагрева. Также аргонодуговая сварка позволяет соединять сплавы с металлами, иначе сварить которые просто невозможно. Недостатками этой технологии сварки считают относительную сложность производства работ и требующее точности в настройках оборудование.