Когда применяется дуговая сварка в среде защитных газов

Дуговая сварка в защитных газах

Дуговая сварка в защитных газах имеет высокую производительность, легко поддается автоматизации и позволяет выполнять соединение металлов без применения электродных покрытий и флюсов. Этот способ сварки нашел широкое применение при изготовлении конструкций из сталей, цветных металлов и их сплавов. Классификация способов дуговой сварки в защитных газах приведена на рисунке.

Классификация видов дуговой сварки в защитных газах

Дуговая сварка в защитных газах может быть выполнена плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродами.

Для защиты зоны сварки используют инертные газы гелий и аргон, а иногда активные газы — азот, водород и углекислый газ. Применяют также смеси отдельных газов в различных пропорциях. Такая газовая защита оттесняет от зоны сварки окружающий воздух. При сварке в монтажных условиях или в условиях, когда возможно сдувание газовой защиты, используют дополнительные защитные устройства. Эффективность газовой защиты зоны сварки зависит от типа свариваемого соединения и скорости сварки. На защиту влияет также размер сопла, расход защитного газа и расстояние от сопла до изделия (оно должно быть 5— 40 мм).

Преимущества сварки в защитных газах следующие:

нет необходимости применять флюсы или покрытия, следовательно, не требуется очищать швы от шлака;
высокая производительность и степень концентрации тепла источника позволяют значительно сократить зону структурных превращений;
незначительное взаимодействие металла шва с кислородом и азотом воздуха;
простота наблюдения за процессом сварки;
возможность механизации и автоматизации процессов.

Иногда применяют двойную защиту сварочной дуги (комбинированную). Надежность защиты зоны сварочной дуги зависит от теплофизических свойств и расхода газа, а также от конструктивных особенностей горелки и режима сварки. Подаваемые в зону сварочной дуги защитные газы влияют на устойчивость дугового разряда, расплавление электродного металла и характер его переноса. Размер капель электродного металла уменьшается с увеличением сварочного тока, а увеличение глубины проплавления с увеличением сварочного тока связано с более интенсивным вытеснением жидкого металла из-под электрода вследствие давления сварочной дуги.

При сварке плавящимся электродом дуга горит между изделием и расплавляемой сварочной проволокой, подаваемой в зону сварки. По сварке неплавящимся электродом (вольфрамовые прутки) сварочная дуга может быть прямого или косвенного действия. Разновидностью сварочной дуги косвенного действия может быть дуга, горящая между вольфрамом, и беспрерывно подаваемой в зону дуги сварочной проволокой.

Защитное свойство струи инертного газа зависит от чистоты газа, параметров струи и режима сварки. Одним из наглядных способов оценки защитных свойств является определение диаметра зоны катодного распыления при возбуждении дуги переменного тока между вольфрамовым электродом и свариваемым металлом. В период, когда катодом является свариваемый металл, происходит вырывание частиц металла с поверхности сварочной ванны и соседних зон относительно холодного металла.

Степень катодного распыления зависит главным образом от массы положительных ионов, которые в процессе сварки бомбардируют катод. Например, в среде аргона наблюдается более интенсивное катодное распыление, чем в среде гелия. По убывающей склонности к катодному распылению металлы располагают в следующем порядке: Мg, Аl, Si, Zn, W, Fe, Ni, Рt, Сu, Вi, Sn, Sb, Рb, Аg, Cd.

Сварочную дугу в защитных газах можно классифицировать по следующим основным признакам:

применяемому для защиты зоны сварки газу — активному или нейтральному;
способу защиты зоны сварки — одиночным газом, смесью газов или комбинированным;
применяемому для сварки электроду — плавящемуся или неплавящемуся;
применяемому току — постоянному или переменному.

Сварка неплавящимся электродом

Условием стабильного горения дуги при дуговой сварке в защитной среде инертных газов на переменном токе является регулярное восстановление разряда при смене полярности. Потенциал возбуждения и ионизации инертных газов аргона и гелия выше, чем у кислорода, азота и паров металла, поэтому для возбуждения дуги переменного тока требуется источник питания с повышенным напряжением холостого хода. Сварочная дуга в среде инертных газов (аргона или гелия) отличается высокой стабильностью и для ее поддержания требуется небольшое напряжение. Высокая подвижность электронов обеспечивает достаточное возбуждение и ионизацию нейтральных атомов при столкновении с ними электронов.

В том случае, когда катодом является вольфрам, дуговой разряд происходит главным образом за счет термоэлектронной эмиссии благодаря высокой температуре плавления и относительно низкой теплопроводности вольфрама, что обусловливает неодинаковые условия горения дуги при прямой и обратной полярности. При обратной полярности (изделие является катодом — минус) напряжение при возбуждении дуги должно быть больше, чем при прямой полярности. Поэтому из-за значительной разницы в свойствах вольфрамового электрода и свариваемого металла кривая напряжения дуги имеет не симметричную форму, а в ней появляется постоянная составляющая, которая вызывает появление в сварочной цепи постоянной составляющей тока. Постоянная составляющая тока в свою очередь создает постоянное магнитное поле в сердечнике трансформатора и дросселя, что приводит к уменьшению мощности сварочной дуги и ее устойчивости. Появление в цепи постоянной составляющей тока не обеспечивает нормального ведения процесса сварки и особенно при сварке алюминиевых сплавов, так как сварочная ванна даже при небольшом содержании кислорода и азота покрывается тугоплавкой пленкой окислов и нитридов, которые препятствуют сплавлению кромок и формированию шва.

Очищающее действие сварочной дуги при сварке переменным током проявляется в те полупериоды, когда катодом является изделие благодаря катодному распылению, так как в этом случае происходит разрушение окисной и нитридной пленок.

При обратной полярности применяют низкие плотности тока, а практически такая дуга не применяется. При прямой полярности тепла выделяется меньше на электроде, так как его значительная часть расходуется на плавление свариваемого металла.

Сварка плавящимся электродом

При дуговой сварке плавящимся электродом в среде защитных газов геометрическая форма сварного шва и его размеры зависят от мощности сварочной дуги, характера переноса металла через дуговой промежуток, а также от взаимодействия газового потока и частиц металла, пересекающих дуговой промежуток, с ванной расплавленного металла.

В процессе сварки на поверхность сварочной ванны оказывает давление столб дуги за счет потока газов, паров и капель металла, вследствие чего столб дуги погружается в основной металл, увеличивая глубину проплавления. Поток газов и паров металла, направляемый от электрода в сварочную ванну, создается благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. Сила воздействия сварочной дуги на ванну расплавленного металла характеризуется ее давлением, которое будет тем больше, чем концентрированнее поток газа и металла. Концентрация потока металла увеличивается с уменьшением размера капель, который определяется составом металла, защитного газа, а также направлением и величиной сварочного тока.

Сварочная дуга, образованная в результате плавления электрода в среде инертных газов, имеет форму конуса, столб которой состоит из внутренней и внешней зоны. Внутренняя зона имеет яркий свет и большую температуру.

Во внутренней зоне происходит перенос металла, и ее атмосфера заполнена святящимися парами металла. Внешняя зона имеет менее яркий свет и представляет собой ионизированный газ.

Металлургия сварки в защитных газах

Газы по защитному свойству расплавленного металла сварочной ванны от воздействия азота и кислорода воздуха подразделяются на инертные и активные.

Читать еще: Как сделать лестницу на второй этаж своими руками видео скачать

К инертным газам относятся аргон и гелий, которые практически не взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны.

К активным газам относятся углекислый газ, азот, водород и кислород.

Активные газы по своему химическому взаимодействию с расплавленным металлом сварочной ванны могут быть нейтральными и реагирующими. Например, азот по отношению к меди является нейтральным газом, т. е. не образует с медью никаких химических соединений. Активные газы и продукты их распада в процессе дугового разряда, т. е. во время сварки, могут соединяться с расплавленным металлом сварочной ванны и растворяться в нем, из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва, а его химический состав не будет соответствовать установленным требованиям стандартов. Однако следует отметить, что некоторые растворимые в металле активные газы не всегда бывают вредными примесями.

Например, азот в углеродистых сталях является вредной примесью (образуются нитриды), из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва и стойкость к старению, тогда как в сталях аустенитного класса азот является полезной добавкой. При аргонодуговой сварке углеродистых сталей для поддува можно применять не только аргон или углекислый газ, но и азот, если в сварочную ванну будут введены элементы-раскислители в виде кремния и марганца. Поэтому выбор газа и присадочного материала должны обеспечивать заданные механические свойства, химический состав и структуру сварного шва. При сварке в защитной среде инертных газов расплавленный металл сварочной ванны изолирован от воздействия кислорода и азота воздуха; поэтому металлургические процессы могут происходить между элементами, содержащимися только в расплавленном металле сварочной ванны.

Так, например, если в сварочной ванне содержится некоторое количество кислорода в виде закиси железа РеО, то при наличии достаточного количества углерода будет образовываться нерастворимая в металле окись углерода [C] + [O] = CO,

Вследствие того, что расплавленный металл сварочной ванны кристаллизуется, а газ выйти не успевает, то в нем будут образовываться поры.

Расплавленный металл сварочной ванны может насыщаться кислородом, находящимся в инертном газе, в виде Свободного кислорода и паров воды. Поэтому для подавления реакции окисления углерода в период кристаллизации расплавленного металла сварного шва в сварочную ванну через присадочный материал должны быть введены элементы-раскислители в виде кремния и марганца. При сварке легированных сталей, имеющих в своем составе необходимое количество раскислителей, реакция образования окиси углерода подавляется. Таким образом, при сварке в защитных газах для подавления образования окиси углерода, способной образовывать поры в сварном шве и устранения азотирования сварного шва, необходимо в сварочную ванну ввести элементы-раскислители.

При сварке в защитной среде углекислого газа последний, защищая расплавленный металл сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, сам в свою очередь, разлагаясь в дуговом разряде, является окислителем металла

где FеО — закись железа, растворяющаяся в железе.

Таким образом, как и при сварке в защитной среде инертных газов, в этом случае образуется окись углерода, которая в процессе кристаллизации металла сварочной ванны создает в нем поры. Для подавления образования окиси углерода (СО) через присадочную проволоку в расплавленный металл сварочной ванны вводятся элементы-раскислители — кремний и марганец.

Примененние дуговой сварки в газовой среде

Соединение металла сваркой в среде газа

Дуговая сварка в защитных газах

Сварка в защитных газах базируется на дуговом варианте, при котором электрическая дуга, вызывающая плавление свариваемых материалов, образуется от взаимодействия поверхности металла и электрода. Отличием от стандартного дугового процесса является введение в зону плавления (в сварную ванночку) защитных газов (одного или смеси), которые вытесняют из нее составляющие воздуха: кислород, азот и другие газы, отрицательно влияющие на параметры соединения и качество шва.

В защитных газах происходит максимально чистое соединение без примесей. Шов получается однородным, гладким и полностью соответствует показателям, которых требует ГОСТ. Толщина свариваемых поверхностей варьируется от десятых долей миллиметров и до десятков. Используемая в качестве главного элемента дуга дала второе название этому способу соединения металлов – дуговая сварка в защитных газах.

Варианты выполнения работ

Широкое применение сварка с использованием защитных газов приобрела не только благодаря высоким показателям, но и ввиду своей универсальности: она может выполняться несколькими способами, в зависимости от назначения конструкции, ее габаритов, материалов и зоны применения: бытовая или производственная. Технология сварки в защитных газах подразделяется на три категории.

Автоматический способ: с использованием специальной робототехники без участия специалиста.
Полуавтоматический способ: используются определенное устройство для равномерной подачи присадочного материала с участием в процессе работы сварщика.
Ручной способ: все операции проводятся сварщиком.

Автоматическая сваривание деталей

Используемые газы

Сварка в защитных газах производится с применением нескольких их разновидностей.

Одноатомные, инертные газы, не взаимодействующие с металлами: аргон, гелий. Чистоту и показатели газов контролирует ГОСТ. Не представляют опасности при соблюдении элементарной техники безопасности.
Активные двухатомные газы, взаимодействующие с металлами: азот, водород, углекислый газ. Ввиду взрывоопасности требуют повышенной осторожности при использовании.
Смеси газов: в основном смесь аргона с другими газами в процентном соотношении.

Наиболее распространена сварка в среде аргона и углекислого газа (особенно в бытовом применении), что объясняется физическими свойствами этих защитных газов и их доступностью. Гелий позволяет получать лучшее качество шва, но слишком дорогой для обычного применения и используется для самых тонких металлов на предприятиях. Азот и водород используются ограниченно, ввиду взаимодействия с большинством металлов. Типы соединений регламентирует ГОСТ.

Варианты защиты

Различается три варианта подачи защитных газов в зону сварки.

Полная защита свариваемого объекта в специальной камере с атмосферным контролем. Особенно актуальна в серийном производстве для объектов со сложными швами.
Защита конкретно зоны сварочной ванны посредством местных камер.
Струйная защита сварочной зоны постоянным обдувом с использованием горелки с длинным соплом, которую перемещают вдоль ванны и остывающих частей шва. Самый распространенный вариант на стройках и в бытовом применении, благодаря удобству исполнения и доступности оборудования.

Классификация

На базе основных физических явлений технология сварки в защитных газах классифицируется по двум признакам:

Сварка неплавящимся электродом: в процессе расплавления соединяемых металлов в защитных газах материал электрода не становится элементом соединения, он служит исключительно для возбуждения дуги. Шов образуется посредством плавления кромок свариваемого металла и присадки. Расход электрода вызван испарением или оплавлением при избыточных показателях тока. Изготавливаются неплавящиеся электроды из вольфрама с присадками.
Сварка плавящимся электродом: в процессе расплавления соединяемых металлов в защитных газах электродный материал тоже плавится и становится элементом шва. Плавящиеся электроды могут использоваться в качестве присадочной проволоки, если выпущены по ГОСТ 2246–70 или из соответствующего свариваемым металла.

Сварка плавящимся электродом в газовой среде

Достоинства

Процесс сварки в защитных газах предпочтительнее других способов благодаря массе положительных моментов.

Эффективная защита сварной ванны (особенно в инертных защитных газах).
Темпы работ. Скорость выше в несколько раз относительно дугового способа соединения.
Контроль. Можно напрямую следить за дугой и ванной.
Универсальность. Технология сварки допускает работу в любых плоскостях.
Чистота шва. Отсутствует необходимость зачистки при выполнении нескольких слоев. При этом полностью соблюдается ГОСТ.
Узконаправленное термическое воздействие. Возникающие в процессе сварки деформации сведены к минимуму.
Диапазон применения. Возможность соединения металлов различной толщины: от самых тонких металлов до нескольких сантиметров.
Декоративность. Получаемые швы отличаются хорошим внешним видом (гладкие, ровные).

Читать еще: Арочные откосы на окнах из гипсокартона своими руками

Недостатки

Не бывает в мире совершенства, даже такая положительная сварка имеет отрицательные стороны.

Дороговизна. Технология предусматривает наличие специального газового оборудования, и газов, что увеличивает себестоимость работ.
Требовательность. Сварка с применением защитных газов сама нуждается в организации защитных приспособлений, чтобы летучие газы не выдувались атмосферным воздействием (при работе на открытой местности). В закрытых помещениях данный фактор менее важен.

Применение

Способ сварки в среде защитных газов применяют для сложных конструкций с повышенными требованиями к прочности и выносливости. Соединение всевозможных трубопроводов, деталей автомобилей, в промышленности и подобное. Сваривают цветные и черные металлы и их сплавы. Наиболее востребована способ соединения алюминия, нержавеющей стали, магния, циркония, титана и их сплавов. При этом используются определенные газы для определенных металлов.

Инертные газы: соединение быстро окисляющихся металлов и сплавов алюминия, титана, магния, высоколегированных хромоникелевых и никелевых сплавов.

Углекислый газ: соединение легированных и углеродистых сталей.

Азот: соединение меди.

Смесь аргона с водородом (5 – 10%): магний, алюминий.

Дуговая сварка в защитных газах

Сварка в защитных газах — один из распространенных способов сварки плавлением. По сравнению с другими способами он имеет ряд преимуществ, из которых главные: возможность визуального, в том числе и дистанционного, наблюдения за процессом сварки; широкий диапазон рабочих параметров режима сварки в любых пространственных положениях; возможность механизации и автоматизации процесса, в том числе с применением робототехники; высокоэффективная защита расплавленного металла; возможность сварки металлов разной толщины в пределах от десятых долей до десятков миллиметров.

Определения, классификация и основные схемы

Сварка в защитных газах (СЗГ) — общее название разновидностей дуговой сварки, осуществляемой с вдуванием через сопло горелки в зону дуги струи защитного газа. В качестве защитных применяют: инертные (Аr, Не), активные (СO₂, O₂, N₂, Н₂) газы и их смеси (Аr+СO₂+O₂, Аr+O₂, Аr+ +СO₂ и др.).

Разновидности СЗГ можно классифицировать по таким признакам, как: тип защитных газов, характер защиты в зоне сварки, род тока, тип электрода и т. д. (рис. 2.1). По совокупности основных физических явлений процесс дуговой сварки в защитных газах можно классифицировать по двум основным схемам — это сварка неплавящимся (СНЭЗГ) (рис. 2.2, а) и плавящимся (СПЭЗГ) (рис. 2.2,б) электродами.

Сварочная дуга в среде защитных газов характеризуется относительно большим разрядным током (от 5 до 500 А и выше) и низким катодным падением напряжения.

Для сварки неплавящимся электродом применяют в основном инертные газы Аr и Не, а также их смеси в любом соотношении. Эти газы, особенно Не, обладают высокими потенциалами ионизации, что затрудняет первоначальное возбуждение дуги. Однако напряженность электрического поля (E) в столбе дуги в инертных газах имеет сравнительно низкое значение и поэтому дуговой разряд в инертных газах отличается высокой стабильностью. При сварке плавящимся электродом напряжение дуги и стабильность ее существования существенно зависят от состава защитного газа (рис. 2.3).

Повышение напряжения дуги с увеличением концентрации молекулярных газов (Н₂, N₂, O₂ и СO₂) объясняется интенсивным охлаждающим действием этих газов в связи с затратами энергии на диссоциацию и отводом теплоты за счет высокой теплопроводности. Увеличение напряжения дуги приводит к снижению ее устойчивости.

Защитные газы

Инертные газы

Практически полностью нейтральными по отношению ко всем свариваемым металлам являются инертные одноатомные газы. Инертные газы применяют для сварки химически активных металлов и сплавов, а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по составу с основным и присадочным металлами.

В сварочном производстве используемый аргон поставляется в газообразном (табл. 2.1) и в жидком состояниях. Газообразный аргон отпускают, хранят и транспортируют в стальных баллонах (по ГОСТ 949—73) или автоцистернах под давлением 15±0,5 или 20±1,0 МПа при 293 К.

При поставке аргона в баллонах (поГОСТ 949—73) вместимостью 40 дм3 объем газа в баллоне составляет 6,2 м 3 (при номинальном давлении 15 МПа и 293 К).

Гелий для сварки поставляется по ТУ 51-689—75 трех сортов: марки А, Б и В (табл. 2.2). Транспортируют и хранят гелий в стальных баллонах вместимостью 40 дм 3 в газообразном состоянии при давлении 15 МПа или в сжиженном состоянии при давлении до 0,2 МПа. Стоимость гелия значительно выше, чем аргона, поэтому его применяют в основном при сварке химически чистых и активных металлов и сплавов. Применение гелия обеспечивает получение большей глубины проплавления (благодаря высокому значению потенциала ионизации), поэтому его применяют иногда в тех случаях, когда требуется усиление проплавляющей способности дуги или получение специальной формы шва.

Активные защитные газы

В качестве активных защитных газов при сварке широко используют углекислый газ. К активным газам могут быть отнесены также азот и водород, используемые в некоторых сварочных процессах как составная часть защитного газа.

В сварочном производстве азот иногда используют для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. По отношению к большинству других металлов азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить.

Водород в сварочном производстве используют достаточно редко для атомноводородной сварки и дуговой сварки в смеси (Аr+Н₂ до 12%). Водород используют только в специальных областях сварки, поскольку он играет важную роль в металлургических процессах сварки. Ввиду возможности образования взрывоопасной смеси между водородом и воздухом при работе с ним следует строго соблюдать требования техники безопасности.

Смеси газов

В ряде случаев для расширения технологических возможностей дуговой сварки целесообразно применять смеси аргона и гелия. Добавка гелия способствует повышению проплавляющей способности дуги.

1. Смесь Аr+(10÷30% N₂). Добавка N₂ к аргону также способствует повышению проплавляющей способности дуги. Эту смесь применяют при сварке меди и аустенитной нержавеющей стали некоторых марок.

2. Смесь Аr+(1÷5% O₂). Примесь кислорода к аргону понижает критический ток, при котором капельный перенос металла переходит в струйный, что позволяет несколько увеличить производительность сварки и уменьшить разбрызгивание металла. Аргонокислородную смесь применяют для сварки малоуглеродистой и легированной стали.

3. Смесь Аr+(10÷20% СO₂). Углекислый газ при сварке малоуглеродистой и низколегированной стали способствует устранению пористости в сварных швах. Добавка СO₂ к аргону повышает стабильность дуги и улучшает формирование шва при сварке тонколистовой стали.

4. Тройная смесь 75% Аr — 20 % СO₂—5% O₂ обеспечивает высокую стабильность дуги с плавящимся электродом при сварке стали, минимальное разбрызгивание металла, хорошее формирование шва, отсутствие пористости.

При отсутствии готовых газовых смесей смешивание газов можно осуществлять на сварочном посту. Состав смеси, подаваемой в горелку, регулируется изменением расхода газов, входящих в смесь. Расход каждого газа регулируется отдельным редуктором и измеряется ротаметром типа РС-3.

Читать еще: Водопровод для бани своими руками видео

Способы газовой защиты

По отношению к электроду защитный газ можно подавать центрально или сбоку. Защиту сварочной ванны газом, истекающим из горелки, принято называть струйной. Струйная защита относится к наиболее распространенному способу местной зашиты при сварке. Качество струйной защиты зависит от конструкции и размеров сопла, расхода защитного газа и расстояния от среза сопла до поверхности свариваемого металла. Наилучшая защита расплавленного металла обеспечивается при ламинарном характере истечения газового потока из сопла горелки.

Ориентировочные данные для подсчета расхода аргона на 1 м шва при сварке в нормальных условиях без сносящих потоков приведены в табл. 2.3 и 2.4.

При нормировании расхода газа следует резервировать 15% его количества на продувку газопровода перед началом работы, на неиспользуемый остаток в баллоне (0,3—0,4 МПа), на сварку контрольных образцов и на подварку дефектов сварных швов.

Расход гелия рекомендуется определять по нормативам на расход аргона, вводя поправочный коэффициент 1,3.

Способы сварки

Для расширения диапазона свариваемых толщин, увеличения производительности процесса сварки в защитном газе и повышения качества сварных соединений разработан ряд специальных способов.

Особенности сварки разных металлов и сплавов

Сварка сталей

Сварка малоуглеродистых и низколегированных сталей в инертном газе применяется редко, так как эти стали хорошо свариваются под флюсом и в углекислом газе.

Высокие технологические свойства при сварке сталей обеспечиваются при добавке к аргону до 1—5 % кислорода. Кислород способствует увеличению плотности металла шва, улучшению сплавления, уменьшению подрезов и увеличению производительности процесса сварки.

Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей может также применяться аргон с добавкой 10—20 % углекислого газа. Углекислый газ способствует устранению пористости в швах и улучшению формирования шва.

Высоколегированные стали успешно свариваются в инертных газах и их смесях. При этом обеспечивается высокая стабильность дуги и минимальный угар легирующих элементов. Химический состав металла шва регулируется за счет применения проволоки нужного состава. Стали, в состав которых входят элементы с высокой активностью к кислороду (алюминий, титан, цирконий и т. п.), свариваются в среде инертных газов. Ориентировочные режимы автоматической и полуавтоматической сварки стыковых соединений толщиной 4— 10 мм на постоянном токе приведены в табл. 2.11.

Сварка меди и медных сплавов

Медь (Технология сварки меди и ее сплавов) хорошо сваривается в аргоне, гелии и азоте, а также в смеси аргона с гелием и азотом. С целью экономии аргона и повышения производительности целесообразно использовать смесь аргона с азотом (70—80 % аргона и 30—20% азота). Азот способствует увеличению глубины проплавления меди.

Из-за высокой теплопроводности меди для получения надежного провара в начале сварки и хорошего сплавления по кромкам детали подогреваются до 470—770 К. При сварке в аргоне подогрев необходим при толщине меди более 4 мм, а в азоте — более 8 мм. Величину сварочного тока выбирают исходя из диаметра вольфрамового электрода, состава защитной смеси и рода тока. При этом сварка может выполняться как на переменном, так и на постоянном токе обратной полярности.

При сварке латуней, бронз и медноникелевых сплавов предпочтительнее использовать вольфрамовый электрод. При этом испарение цинка и олова будут значительно меньше, чем при сварке плавящимся электродом. Присадочный металл, а иногда и кромки, подлежащие сварке, очищаются травлением. Для этого применяют раствор, состоящий из 75 см 3 /л HNO₃, 100 см 3 /л H₂SO₄ и 1 см 3 /л НСl.

Некоторые режимы сварки стыковых соединений меди в нижнем положении приведены в табл. 2.12.

Сварка алюминиевых и магниевых сплавов

Эти сплавы обладают высокими значениями электропроводности, теплопроводности, а также скрытой теплоты плавления. Трудность сварки этих сплавов заключается в наличии на их поверхности тугоплавкой оксидной пленки, которая препятствует сплавлению металла сварочной ванны с основным металлом и, кроме того, остается в шве в виде неметаллических включений. При сварке на токе обратной полярности происходит катодная очистка свариваемых поверхностей в зоне воздействия дуги. Однако действием разрядного тока может быть разрушена лишь сравнительно тонкая пленка оксида. Толстую пленку оксида алюминия перед сваркой необходимо удалять механическим или химическим путем. Особо важно удалять оксидную пленку с поверхности электродной проволоки малого диаметра (из алюминиевых и магниевых сплавов). Это объясняется тем, что на поверхности оксидной пленки хорошо сорбируется влага, которая, диссоциируя в дуге, приводит к насыщению металла шва водородом и увеличению его пористости. Характер образования пористости зависит также и от химического состава сплава. При сварке алюминий-магниевых сплавов пленка оксидов имеет большую, чем у чистого алюминия, толщину и удерживает больше влаги.

Термически упрочняемые сплавы системы Аl—Mg—Si (марок АВ, АКБ, АКБ) обладают повышенной склонностью к образованию горячих трещин, что определяется наличием легкоплавких эвтектик, расширяющих температурный интервал твердожидкого состояния. Для уменьшения склонности к горячим трещинам этих сплавов целесообразно применять присадки, содержащие 4—6 % Si.

Влияние на качество сварных соединений оказывает выбор конструктивных элементов разделки кромок, которые определены ГОСТ 23949—80.

Накопленный опыт применения сварки конструкций из алюминиевых сплавов позволил отработать режимы, обеспечивающие высокое качество сварных соединений (табл. 2.13 и 2.14).

Сварка химически активных и тугоплавких сплавов

К числу основных затруднений, встречающихся при сварке титановых, циркониевых, молибденовых, никелевых и других тугоплавких сплавов, относится большая химическая активность металла при высокой температуре (особенно в расплавленном состоянии) по отношению к газам (кислороду, азоту, водороду). Поэтому при сварке требуется защита от воздуха не только расплавленного металла, но и участков твердого металла, нагретого до температуры выше 660 К. Обычно это достигается применением специальных приставок длиной до 500 мм и подачей газа с обратной стороны шва через специальные подкладки. При сварке используется аргон только высшего сорта или гелий марки А.

Наиболее надежную и стабильную защиту зоны сварки обеспечивают камеры с контролируемой атмосферой, где в качестве защитной среды используют спектрально чистый или высшего сорта аргон, а также вакуумные камеры, давление в которых не превышает (6—8)*10 -2 Па.

Во избежание излишнего перегрева околошовных участков при дуговой сварке, например титана и циркониевого сплава, ограничивают уровень сварочного тока. Максимальная его величина при сварке титана поверхностной дугой вольфрамовым электродом обычно ≤300 А. При этом можно сваривать без разделки кромок за один проход сплавы толщиной 3—4 мм.

Дуговой сваркой в вакууме благодаря высокой концентрации тепловой мощности дугового разряда с полым катодом удается соединять без разделки кромок за один проход титановые сплавы толщиной 8—10 мм. Стыковые соединения титановых сплавов больших толщин выполняют многослойной сваркой с разделкой кромок и подачей присадочной проволоки. Режимы сварки в аргоне стыковых соединений титана приведены в табл. 2,15, 2.16.