8.3. Сварка в защитных газах

Для защиты электрода, зоны дуги и сварочной ванны используются не только флюс, но и струя защитного газа. Чаще всего применяют аргон (Ar) или углекислый газ (СО₂).

Аргон – бесцветный инертный газ, в 1,38 раз тяжелее воздуха, нерастворим в металлах. Поставляют и хранят Ar в стальных баллонах в сжатом газообразном состоянии под давлением 15 МПа.

Углекислый газ СО₂ – бесцветный, со слабым запахом, в 1,52 раза тяжелее воздуха, нерастворим в металлах. Для сварки углекислый газ поставляют и хранят в стальных баллонах в сжиженном состоянии под давлением 7 МПа.

По сравнению с автоматической сваркой под флюсом сварка в атмосфере защитных газов обеспечивает более надежную защиту расплавленного металла от воздействия воздуха, получение чистой поверхности шва без оксидов и шлаковых включений, возможность ведения процесса в любых пространственных положениях и наблюдения за процессом формирования сварочного шва. Те же преимущества сварка в защитных газах имеет и перед ручной дуговой сваркой покрытыми электродами, кроме того, она обеспечивает и более высокую производительность.

Аргонодуговая сварка может осуществляться неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся электродами.

Сварка в атмосфере защитных газов может быть ручной, полуавтоматической и автоматической. Аргонодуговую сварку применяют для тугоплавких и цветных металлов, а также легированных и высоколегированнных сталей (узлы летательных аппаратов, атомных установок, химических аппаратов и т. п.)

При сварке неплавящимся вольфрамовым электродом (рис. 8.5) (Т_пл = 3370 С) швы до 3 мм получают расплавлением основного металла, а от 3 до 6 мм с применением присадочного материала (прутка или проволоки). Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности (минус на электроде). Это облегчает зажигание и повышает устойчивость горения дуги при напряжении 10–15 В.

Рис. 8.5. Схема сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности

с присадочным прутком: 1 – присадочный пруток, 2 – сопло, 3 – токопроводящий мундштук,

4 – корпус горелки, 5 – неплавящийся вольфрамовый электрод, 6 – рукоять горелки, 7 – атмосфера защитного газа, 8 – сварочная дуга, 9 – ванна расплавленного металла

Дуга обратной полярности удаляет с поверхности свариваемого металла оксиды. Это улучшает свариваемость деталей из алюминия, магния и их сплавов. Однако обратная полярность уменьшает устойчивость горения и снижает стойкость вольфрамового электрода.

При сварке алюминиевых заготовок (рис. 8.6) в защитных газах поток тепла, поступающий в деталь, составляет более 80% от эффективной мощности, а тепловой поток, затрачиваемый на плавление металла намного меньше (чуть более 15%).

Производительность сварки достаточно высокая и может быть еще повышена за счет применения больших токов.

Сварку в аргоне плавящимся электродом применяют для сварки толщин более 10 мм. Нормальное протекание процесса сварки обеспечивается при достаточно больших плотностях тока (100 А/мм² и более). Высокая плотность тока достигается большой скоростью подачи сварочной проволоки малого диаметра (0,5–3 мм). При этом осуществляется мелкокапельный или струйный перенос расплавленного металла электродной проволоки, глубокое проплавление основного металла, формирование плотного шва с ровной и чистой поверхностью. Этот процесс ведется на постоянном токе обратной полярности, т. к. при прямой полярности возрастает разбрызгивание металла и снижается устойчивость горения дуги.

а)
б)

Рис. 8.6. Баланс тепловых потоков при сварке алюминиевых заготовок

(λ = 223 Вт/(м·К), С_V = 2,7 МДж/(м³·К), ω = 84 мм²/с) в защитных газах (а) и соотношение скоростей перемещения и подачи электрода (б);

напряжение U = 10 В, ток I = 400 А,  = 0,6, N = 2,4 кВт.