Особенности технологии и принцип работы аргонодуговой сварки

Инертные газы защищают неразъёмные соединения стальных сплавов на стадии создания шва. Для цветных металлов аргоно-дуговая сварка – это надёжный способ соединения. Особенно такого капризного материала, как алюминий и тугоплавкого титана.

Особенности и принципы

Технология сварки в среде аргона совместила технические приёмы газовой и дуговой сварок. Разница в неучастии аргона в горении и плавлении. Отсечение атмосферных газов аргоном в качестве зонирующего элемента с участка металлургического плавления, исключает окисление расплава, горение в кислородной среде, устраняет пористость шовных соединений.

Сварка аргоном ведётся 4 классическими способами:

• Ручной режим неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей присадочной проволоки – РАД.
• Автоматизированная – горелка подаётся суппортом автоматически к сварным кромкам, электрод неплавящийся – ААД.
• Автоматическая сварка плавящимся электродом (проволокой) – ААДП.
• Механизированная сварка плавящимся электродом – МАДП.

Поверхностное наплавление металлической основы, классификация:

• Автоматизированная наплавка: вольфрамовый электрод и присадка – ААДН.
• Автоматическая наплавка плавящимся электродом – ААДПН.
• Механизированная наплавка плавким электродом – МАДПН.

Влияние чистых газов на TIG, MAG

Интенсивность процесса, при рафинировании условий создания шва: глубины, формы, влияния дымообразования, скорость осаждения расплава, производительности регулирует искусственная защитная среда. Влияние на дугу двояко: воздействие носит и положительный, и отрицательный характер.

Аргон (Ar)

Инертность аргона нейтрализует вовлечение атмосферы в окислительные процессы. Подавляет химическую активность металлов. Низкая теплопроводность замедляет теплопередачу окружающей среде.

Формируется узкий столб дуги. Соответственно профиль проникновения V-образный: глубокий и зауженный. Тенденция к выпуклости шва и подрезам на пограничных линиях – последствия ограничения теплопередачи внешним граням. Расход аргона при сварке 7–8 л/мин.

Вес одноатомного Ar больше, чем у воздуха, это удерживает облако в зоне сварки. Полярность преимущественно прямая – на обратной полярности газ порождает поток токопроводящих электронов сродни плазме. В MAG чистый Ar способствует струйному переносу металла.

Гелий (He)

Лёгкий гелий – полная противоположность ленивому аргону. Профиль проникновения широк, вследствие большего тепловложения, температура дуги выше при снижении величины тока. Без высокочастотного возбуждения зажжение дуги затруднено. Успешно применяется в сварке разнородных металлов.

Атомный вес принуждает увеличивать выходное рабочее давление и расход He против Ar в 2,5 раза: до 25 л, кроме потолочных швов. Стоимость неочищенного гелия в 4 раза выше аргона, очищенного – в 8 раз. Электродный материал в среде чистого He переносится крупными каплями. В смеси гелий и аргон проявляют лучшие свойства.

Технология и оборудование

Технология сварочного процесса реализуется аппаратами Tungsten Inert Gas (TIG) при толщинах сопрягаемых металлов свыше 2 мм плавящимся электродом в режиме работы полуавтомата. Либо вольфрамовым электродом для тонких материалов с участием присадочной проволоки – РАД сварка.

Оснащение сварочного поста основным и вспомогательным оборудованием:

• Стабилизирующее сетевую энергию устройство.
• Полуавтомат инверторного типа, трансформатор с интервалом мощности холостого хода 60–70 В.
• Силовой контактор подачи напряжения.
• Возбудитель высокочастотных импульсов осцилляторного типа для преодоления ионизации и возбуждения дуги без соприкосновения с поверхностью.
• Комплект разнотипных керамических горелок.
• Вольфрамовые электроды либо подающий присадку механизм.
• Газобаллонное оборудование с редуцирующими устройствами.
• Средства индивидуальной защиты.

Что такое аргонодуговая сварка с точки зрения рекомендаций технологии:

• Удержание короткой дуги для образования узкого шва с глубоким проплавом.
• Прямолинейность подачи горелки вдоль оси шва без поперечных отклонений движения.
• Внешний признак непроплава – выпуклость шва переходит в округлость.
• Подача присадочной проволоки ведётся навстречу движения горелки равномерно, под углом для удобства контроля швообразования.
• Стыковые швы и по отбортовке металлов малых толщин ведут без использования присадки.

[stextbox id=’alert’]Аргоновая сварка чувствительна к загрязнениям и оксидным проявлениям.[/stextbox]

Электроды вольфрамовые

Переносимость сверхвысоких температур до 3000⁰ С при сохранении формы наконечника и твёрдости усиливаются напылением оксидами редкоземельных металлов. Маркировка указывает химсостав, размер прутка.

Изделия отечественной промышленности не всегда совпадают с мировыми требованиями. Международная символика стандартизирована, обобщена, включает буквенные, цифровые и цветовые обозначения:

• W – начальный символ маркировки, обозначает доминирующий металл вольфрам;
• WP – основа без добавок, сигнальный цвет зелёный;
• Вторая литера означает добавку лигатур на 1000 долей основы (0,1%);
• Длинновой размер электрода (50–175 мм);
• WC – универсальные электроды на оба вида тока;

Назначение добавок:

• Диоксид тория (WТ) – применяется для цветных сплавов, нержавейки, низколегированными углеродистыми сталями; самая ходовая марка списка, характеризуется повышенной прочностью;
• Диоксид иттрия (WY) – максимальные значения силы тока при прямой полярности: титан, медь, сварка чёрного металла аргоном;
• Оксид циркония (WZ) – стабильность дуги при переменном токе: медь, алюминий, чувствительность к чистоте поверхности;
• Оксид лантана (WL) – выступает в двух подкатегориях с 1,5 и 2% содержания примеси; прочностные характеристики стержня и геометрия заточки сохраняются при высоких энергозатратах при переменном и постоянном токе.

Формообразование электрода

Наплавляющие электроды с примесями редкоземельных металлов по назначению и величине фронта плавления производятся размерами Ø 1–6,4, обладают улучшением свойств по показателям:

• токопроводимости;
• дугообразованию и поддержанию дуги;
• тугоплавкости;
• сохранению заданной формы.

Конфигурация рабочего конца в виде сферы, конуса углом 15–120⁰ влияет на качество соединения при изменении толщин деталей:

• тупоугольность выгодна на тонколистовых заготовках, для толстых неудобна;
• остроугольность способствует увеличению производительности труда;
• лучшая стабильность дуги при 60⁰.

Метод формообразования важен: при ручной заточке поперечное снятие металла децентрализует дугу. Интенсивность провара концентрируется по боковым кромкам. Центру недостаёт тепла, равномерность создания шва нарушается.

Типичные ошибки заточки:

• Излишне острый угол – активизация плавления, характерная исключительно для упрочнения соединения толстостенных деталей.
• Степень проплавки наименьшая, когда угол в районе 15⁰, остроугольный электрод выгорает скорее.
• Заточка влияет на ширину проплава, выход показателя за рамки ширины наложения ведёт к незапланированному расходу присадки и времени.
• Асимметричность угла заточки, иные дефекты приводят к неконтролируемому смещению, блужданию дуги.

Горелка

Горелка удерживает W-электрод и является проводником аргона. Сертификация инструмента ведётся согласно ГОСТ 5.917-71. Сопла подразделяются по величине максимального тока и по виду охлаждения.

Горелки до 200 А имеют воздушное охлаждение, цанговые патроны рассчитаны на максимальный Ø 3. Мощные охлаждаются проточной водой. Цанги зажимают вставки до Ø 6. Ток достигает 500 А.

Горелка с плавящимся электродом работает по тому же принципу: дуга подаётся между изделием и проволокой. Отпадает надобность в цанге. Узкая зона термовоздействия, механизация процесса при сварке алюминия и нержавейки выигрышны.

С помощью инвертора

Подбор инвертора для работы в среде аргона определяют задачи и Материал сварочных единиц. Базовый элемент выбора – максимальное значение тока. Ориентир – табличные значения марки, толщины сплава.

Гибкость, подстраивоимость инверторов превращают установки в универсальное оборудование. Но наличие желательных функциональных установок упрощает работу и малоопытному сварщику:

• Переключение с постоянного тока на переменный, обозначается TIG AC DC, без этой функции придётся отказаться варить алюминий.
• Дополнение к TIG ручного режима ММА, полуавтоматического MIG, MAG расширяет спектр работ до бесконечности.
• Осциллятор, обеспечивающий бесконтактное зажжение дуги за счёт поднятия напряжения в 10–30 раз, частоты в 30 тыс. раз.
• Управление нарастанием и спадом амперной характеристики.
• Антизалипание электрода и горячий старт.

Процедуры подготовки и проведения работ

Со стыковочных поверхностей удаляются загрязнения, следы ржавчины, проводится обезжиривание. Алюминий подвергается обязательной мехобработке по разрушению плёнки окислов.

Подача газозащиты настраивается с упреждением в 10 сек. до зажжения дуги и задержкой отключения газопотока по завершении цикла для ограждения шва против окислительных реакций. Электрод удерживается вблизи заготовки без контакта. Короткая дуга – залог качества.

В течение 10-минутных циклов в соответствии с паспортной продолжительностью нагрузки проводятся регламентированные перерывы. Сопло ведётся по продольной оси шва без поперечных колебаний. Завершают шов плавным сбросом тока реостатом для заполнения выемки кратера сварочной ванны.

В экипировку сварщика входят маска со светофильтром, не сковывающие движения теплостойкие перчатки, куртка, устойчивая к прожигу брызгами, закрытая обувь.

Режимы

Как варить аргоном новичку при сварке в домашних условиях, подскажут справочные таблицы. Полнота данных поможет определиться предварительно с основными настройками, подкорректировать режимы.

Остаётся проследить, чтобы горелка относительно заготовки находилась под углом более 80⁰, наконечник электрода выступал из сопла на 3–5 мм, и удерживать его при возбуждении дуги в 2–3 мм над деталью.

Токовую нагрузку определяют:

• диаметр электрода (проволоки);
• типы и толщины металла;
• полярность.

Сварку чёрного металла аргоном ведут с прямой полярностью. Газ подаётся равномерным потоком без пульсации.

Особенности розжига дуги

Старт розжига с устойчивым поддержанием горения облегчён при постоянном токе прямой полярности. Токи высокой плотности при минимальном ампераже не способствуют перегреву и выходу из строя электрода.

Смена полярности чревата ростом напряжения электродуги. Электрод теряет теплостойкость, а сама дуга устойчивость. Положительный момент обратной полярности – бомбардировка положительными зарядами частиц аргона разрушает окисление сварной поверхности.

Поток электронов приводит электризованный газ в состояние токопроводящей плазмы. Для сварки алюминия этот аспект важен. Низкая температура плавления и текучесть преодолеваются благодаря более низким токам, чем при сварке стали.

Сварка меди осложняется необходимостью подогрева, внесения раскисляющих присадок, флюсов для ответственных соединений. С неплавящимся электродом применяется прямая полярность.

Проволока малых диаметров с раскислителями подаётся полуавтоматом на высокой скорости. Производительный режим со стойкой дугой, должным проплавлением обеспечивается обратной полярностью.

Плавление проволоки с увеличением скорости подачи из мелкокапельного переходит в струйный вид. Плотность шва удовлетворительная, разбрызгивание на минимуме.

Преимущества и недостатки

Плюсы аргонной сварки:

• Низкотемпературный процесс сварки алюминия совмещается с интенсивным прогревом меди, титана.
• Плотность и атомный вес аргона обеспечивают защиту при снижении расхода.
• Допустимость сращения различных металлов.
• Лёгкость освоения ремеслом.

Минусы:

• Сквозняк и вытяжная вентиляция увеличивают расход газа.
• Сложность оборудования и настроек.