§ 148. Дуговая сварка в защитных газах

Как указывалось выше, в процессе дуговой сварки незащищенный рас­плавленный металл сварочной ванны взаимодействует с кислородом и азо­том атмосферного воздуха, окисляется и теряет механические свойства по всем показателям прочности и пластичности. Кроме рассмотренных спо­собов шлаковой защиты сварочной ванны, применяют газовую защиту путем создания газовой атмосферы вокруг дуги и зоны сварки. Для этих целей могут служить различные газы, обладающие восстановительными свойствами по отношению к окислам железа и других металлов, например водород, метан, окись углерода или инерт­ные газы — гелий и аргон.

Применение защитных газов восстано­вительного характера, кроме водорода, не нашло заметного распространения в про­изводстве. В практике применяют главным образом атомно-водородную сварку. Схема этого способа показана на фиг. 254. Дуга переменного тока зажигается между двумя вольфрамовыми или угольными электро­дами, вдоль каждого из электродов в зону дуги подается струя водорода. Атомно-водородная сварка использует косвенное

Фиг. 254. Схема атомно-водородной сварки. сварки,

действие дугового разряда; основной металл не включается в сварочную цепь сварки,

и не является электродом дуги. Концы электродов оплавляются и медленно расходуются вследствие испарения.. В столбе и пламени атомно-водородной дуги происходит диссоциация молекулярного двухатомного водорода в одноатомный по уравнению Н₂ = 2Н. В нижней части столба дуги при ее соприкосновении со сва­риваемым металлом атомы водорода рекомбинируются в молекулы, в результате чего поглощенное при диссоциации тепло выделяется на по­верхности металла 2Н →Н₂ + 100 600 кал/г-моль. Таким образом, атомно-водородное пламя является весьма мощным и интенсивным тепловым источником. Температура его достигает 3700°. Атомно-водородное пламя не только защищает сварочную ванну от окисления и азотирования, но и восстанавливает металлические окислы сварочной ванны благодаря боль­шой активности водорода.

Дугу питают переменным током для симметричности ее формы и равно­мерного сгорания электродов. Для увеличения устойчивости дуги напря­жение источника тока составляет обычно 220—300 в. При горении дуги напряжение на электродах значительно ниже; оно может составлять в зависи­мости от длины дуги 30—120 в. Сварочные токи обычно небольшие — от 10 до 70 а. Большая величина напряжения источника тока делает работу на атомно-водородных аппаратах опасной и требует наличия специального бло­кирующего устройства для автоматического отключения сварочного транс­форматора от сети при обрывах дуги, т. е. при прекращении сварки. Воль­фрамовые электроды применяют диаметром 1,5—4 мм. Кроме технически чистого водорода, применяют и некоторые смеси, богатые водородом, напри­мер продукт диссоциации аммиака 2NH₃ = N₂ + ЗН₂, азотоводородную смесь, состоящую из 75% водорода и 25% азота. Указанный газ можно полу­чать расщеплением (крекированием) аммиака в небольших передвижных аппаратах — крекерах с электрическим обогревом.

Атомно-водородной сваркой выполняют стыковые, нахлесточные, тавро­вые и другие соединения при малой толщине металла. Подготовка кромок и техника сварки аналогичны сварке угольной дугой.

Атомно-водородную сварку применяют для изделий из специальных ста­лей, алюминиевых сплавов и других металлов, где требуется большая проч­ность и плотность швов, например вакуумные аппараты, рефрижераторы и др.

Фиг.255.Схемааргонодуговой сварки:

1 - присадочный пруток; 2 - оболочка защитного инертного газа; 3 -основной металл; 4 - электрическая дуга;

Сварку в инертных защитных газах произ­водят с применением аргона и гелия. Эти газы совершенно инертны химически и не вступают ни в какие реакции ни с какими веществами. Сварку в защитной струе аргона или гелия можно производить неплавящимся вольфрамовым электродом и плавящимся электродом из любого металла. При сварке неплавящимся электродом дуга зажигается между вольфрамовым электродом и основным металлом, присадочный пруток подается в зону дуги, защитный газ поступает по мунд­штуку — держателю электрода и обволакивает всю зону дуги и ванну расплавленного ме­талла шва (фиг. 255). Питание дуги осущест­вляется постоянным или переменным током. Дуга в аргоне при сварке неплавящимся элек­тродом имеет низкое напряжение порядка 10— 12-е.

Сварные швы на легированных сталях, выполненные аргонодуговой сваркой, обладают высокими механическими •свойствами. Хорошие качества швов также получаются при сварке алю­миния и его сплавов, магниевых сплавов и медных сплавов.

Аргонодуговую сварку применяют для толщин металла до 5 мм. Сварку ведут на токах 30-400 а; расход аргона равен 300-900 л/час.

Фиг. 256. Схема установки для аргонодуговой сварки на постоянном токе:

/ — сварочный генератор; 2 — реостат; 3— вольтметр; 4— основной металл; 5 — горелка; 6 — расходомер газа; 7 —редуктор; 8 — баллон с газом

Схема установки для аргонодуговой сварки представлена на фиг. 256. Аргонодуговую сварку легко механизировать при работе как с неплавящимся, так и пла­вящимся электродами. Вследствие значительной стоимости этой сварки ее применяют только для самых ответственных деталей.

Для сварки малоуглеродистых сталей в качестве защитного газа приме­няют углекислый газ. Сварку можно производить плавящимся и неплавя­щимся электродом.