Ремонт и строительство Ремонт и строительство
Сварка – один из самых популярных способов неразъемного соединения металлических деталей. Вместе с тем выделяют три основных вида технологии:
- со значительным усилием (давлением) не имея нагрева – так называемая «холодная сварка»;
- со средним усилием и нагревом;
- не имея давления, однако с нагревом до температуры плавления металла.
Вместе с тем как правило, говоря о сварке, подразумевают последний вариант – т.е. нагрев соединяемых частей до температуры плавления при помощи электричества, газового пламени, лазерного луча и т.д. Мы рассмотрим один из самых популярных видов «горячей» сварки – аргонную. Правильнее было бы назвать ее аргоннодуговой, а еще точнее – дуговой в аргоновой среде, так как процесс нагрева происходит под действием электрической дуги в среде инертного газа (аргона).
Содержание статьи
- 1 Принцип действия
- 2 Плюсы и минусы аргоноводуговой сварки
- 3 С чем можно работать
- 4 Необходимое оборудование, расходные материалы и защита
- 4.1 Подробнее об оборудовании
- 4.2 Подготовка деталей
- 5 Защитные приспособления и одежда
- 6 Последовательность выполнения работ при аргоноводуговой сварке
- 7 Рекомендации опытных сварщиков
- 8 Заключение
- 8.1 Похожие статьи
Принцип действия
Необходимость в подаче защитного газа в зону сварки связана с тем, что нагретый металл – и электроды, и свариваемые детали – довольно быстро окисляются в кислородной среде. Вместе с тем защитная пленка окислов приводит к замедлению нагрева и затруднению сварки как таковой. Именно по этой причине сварочные аппараты с газовым соплом, подающие инертный или активный газ. Для создания нужной газовой среды применяют инертные газы (уже упомянутый аргон и гелий), а также активные – углекислый, азот, водород, иногда используют также газовые смеси.
Согласно международным обозначениям, работа в среде защитного инертного газа маркируется metal inert gas (MIG). В США принято обозначение GMAW, также применяется маркировка 13 (цифровое обозначение). Более детально уточнить правила обозначения вида сварки можно в ГОСТ Р ИСО 4063-2010 (российский аналог стандарта ISO 4063:2009).
Аргонная сварка может производиться в следующих режимах и условиях:
- ручная, с неплавящимся электродом. Маркировка РАД (ручная аргонная дуговая);
- автоматическая с неплавящимся электродом (ААД);
- автоматическая с плавящимся электродом (ААДП). Последняя буква в маркировке обозначает применение плавящегося электрода.
Иногда применяют также ручную сварку с плавящимся электродом (РАДП), однако чаще в процессе работы присадочный материал подает сварщик.
В качестве неплавящегося электрода чаще всего применяется вольфрамовая проволока, способная выдерживать значительные температуры и хорошо проводящая ток.
Процесс сварки с использованием плавящегося электрода выглядит так.
Сварочный аппарат подсоединяют к емкости с газом, применяю специальный шланг – в нем в едином рукаве проходит канал для подачи газа и кабель электропитания. При создании электрической дуги сразу же подается газ так, чтобы он полностью обволакивал место сварки. По мере расплавления электрода он автоматически подается в зону сварки. Капли расплавленного металла, попадая на шов между свариваемыми деталями, создаёт наплавное соединение.
В случае, если применяется неплавящийся электрод, то подача расплавленного металла для формирования шва ведется за счет присадка (присадочной проволоки), которая вручную (редко автоматически) подается в зону сварки.
Плюсы и минусы аргоноводуговой сварки
Применение инертных газов, несмотря на их более высокую стоимость, дает лучший итог сваривания, так как даже при высоком уровне нагрева они не выделяют кислород (как делает водород). Соответственно, не необходимо вводить в материал электрода раскислитель (марганец или кремний). Также при аргонной или гелиевой сварке меньше разбрызгивание раскаленного металла.
Использование именно инертных (благородных) газов связано с тем, что они на 40% тяжелее атмосферного воздуха и при подаче в зону сварки полностью вытесняют его. Благодаря этому кислорода в зоне нет, и процесс окисления прекращается. Помимо этого, аргон при сильном нагреве формирует и поддерживает токопроводящую плазму. Это, в свою очередь, облегчает разжигание дуги, а также улучшает прогрев кромок свариваемых деталей.
Кроме уже упомянутого высокого качества данного вида неразъемных соединений, стоит отметить такие преимущества дуговой сварки в защитной среде инертного газа (аргона):
- возможность работать с различными металлами и получать прочный шов вне зависимости от пространственного положения деталей – аппарат можно как угодно разворачивать в процессе работы, даже «вверх ногами». Это особенно удобно для сварки предметов в форме цилиндра (к примеру, труб);
- большой диапазон толщин свариваемых элементов – от долей миллиметра до нескольких сантиметров;
- постоянная подача газа в зону сварки охлаждает металл в той степени, в случае, если образование трещин и остальных повреждений из-за неравномерного распределения температур заметно уменьшается, однако способность сваривания сохраняется;
- контроль качества шва, состояния сварочной ванны предельно прост и осуществляется визуально;
- зона воздействия довольно узкая, мало влияет на термическое состояние деталей в целом;
- нет необходимости зачищать швы при многослойной сварке, даже при однослойной сварочные швы не нуждаются в зачистке или другой обработке;
- производительность работ довольно высокая.
К сожалению, есть и недостатки:
- за счет сравнительно большого размера горелки сложно, а иногда невозможно работать в труднодоступных местах и узких зазорах;
- добавление к необходимому комплекту оборудования газового баллона, шлангов, редуктора увеличивает как вес оснащения, так и его стоимость;
- обязательна защита от теплового и светового излучения в процессе сваривания;
- нужно хотя бы минимальное обучение сварщика и постоянная практика для роста мастерства.
В целом аргонная сварка чаще используется в автоматическом режиме на крупных предприятиях, однако для бытовых нужд также востребована.
С чем можно работать
Учитывая высокую температуру, достигаемую использованием дуговой сварки в аргоновой среде, перечень металлов, которые можно сваривать этим методом, очень велик:
- на практике все «черные» сплавы, начиная с чугуна и заканчивая конструкционными сталями;
- нержавейку (нержавеющую сталь);
- легированные и высоколегированные сплавы;
- тугоплавкие металлы, в том числе титан и сплавы на их основе;
- «цветные» металлы, в том числе медь, алюминий, сплавы на их основе.
Температура и условия сварки регулируются зависимо от материала соединяемых деталей.
Необходимое оборудование, расходные материалы и защита
Планируя заняться аргоновой ручной сваркой дома (автоматические аппараты в домашней обстановке, обычно, не используются), следует заблаговременно запастись всем нужным:
- баллон для газа. Для аргона применяются специализированные баллоны, отличие от кислородных и пропановых – в расцветке. Они имеют характерный серебристо-серый цвет;
- редуктор для уменьшения давления сжиженного газа. Быть может специализированным или универсальным;
- шланг высокого давления (от баллона к редуктору) и аналогичный или менее прочный – от редуктора к сварочной горелке;
- сварочный аппарат, предназначенный для работы с неплавящимися электродами;
- электроды подходящей марки в необходимом количестве;
- инструменты и приспособления для подготовки металла к свариванию;
- защитная одежда и приспособления.
Важно понимать, что довольно значима совместимость баллона, шланга и редуктора. Изготовители, чтобы избежать путаницы, стараются выпускать редукторы и баллоны в одном цвете и со схожей маркировкой.
Подробнее об оборудовании
Направьте свой взгляд – приведенная ранее информация о цвете баллона для аргона (серебристо-серый) относится к ЧИСТОМУ (специально подготовленному) газу.
Также нужно уделять внимание маркировке самого баллона и его состоянию.
Особенно тщательным образом следует изучать состояние резьбы и уплотнителя, так как от чего зависит работоспособность баллона в целом и безопасность его использования.
Редуктор желательно применять с ротаметром (одним или 2-мя), т.е. датчиком и регулятором расхода газа. Два ротаметра необходимы в том случае, в случае, если газовым баллоном будут одновременно пользоваться два сварщика. Наличие ротаметра дает возможность рационально расходовать как сам газ, так и вольфрамовые электроды – ведь при чрезмерном давлении газа они сгорают гораздо быстрее.
В отношении электродов нужно придерживаться общего правила, касающегося типа сварки (переменным или постоянным током).
Диаметр изделия подбирается зависимо от того, какой толщины металл предполагается сваривать.
То же самое касается требуемой силы тока сварки.
Последний параметр, как и возможность применять разные диаметры электродов, сильно влияет на выбор сварочного аппарата.
Рассматривать аспекты разнообразия конкретной модели аппарата в рамках этой статьи мы не будем, так как тема слишком обширная.
Подготовка деталей
Чтобы сваривать любой металл, его нужно предварительно подготовить к работе. Эта процедура включает несколько этапов:
- правка деталей. Частенько детали, которые нужно сварить, деформированы. Следует восстановить базовую форму, иначе стыковка для сваривания может оказаться невозможной или сильно затрудненной. Правку выполняют вручную или при помощи автоматического оборудования, «на холодную» или в подогретом (при помощи газовой горелки) состоянии. Выбор конкретного метода зависит от особенностей детали, ее состояния и возможностей мастера;
- зачистка поверхностей. С детали нужно удалить скорродировавший слой, любые лако-красочные покрытия. Как правило это производится при помощи ручной шлифовки или зачистки проволочной насадкой дрели/шлифмашины;
- разметка и резка. Разметку в домашней обстановке производят только вручную, резку осуществляют болгаркой или специальной пилой по металлу (в том числе при помощи электролобзика). Для тонкого листового металла используют ножницы. Возможна также термическая резка – при помощи газового резака, электрической дуги и т.д.;
- подготовка кромок к работе. Зависимо от того, какой толщины металл планируется сваривать, используют прямые, V-образные и X-образные кромки. До любого состояния обрезанную механически или термически кромку детали необходимо довести при помощи подходящего ручного инструмента. Вместе с тем лучше применять «холодные» методы обрезки, так как после термических чистота реза для образования фаски или ровной поверхности может оказаться недостаточной. Дополнительно кромки могут зачищаться от оксидной пленки при помощи проволочной щетки или шлифовальной насадки.
Еще один важный момент – удаление пятен масел, жиров и остальных органических и неорганических загрязнений. Их убирают соответствующими растворителями.
Последний этап подготовки – сборка деталей в требуемом положении. Для чего нередко применяют разнообразные стенды, кондукторы и прочее. Особенно внимательно следует относиться к свариванию труб и остальных полых деталей, стыкуемых по кромкам.
Виды кромок для сваривания: 1 – прямые кромки, 2 – простые V-образные, 3 – сложные V-образные, 4 – Х-образные
Сборка деталей должна осуществляться с учетом значительного повышения температуры в зоне сварки – деревянные и иные легко воспламеняющиеся материалы для сварочного стенда применяться не могут.
Защитные приспособления и одежда
Безопасность сварщика и окружающих его вещей особенно важна, в случае, если речь идет о работе в условиях домашней мастерской или небольшого частного предприятия. Обязательными элементами защиты рабочего считаются:
- сварочный шлем, маска или очки. Маска – наилучший вариант, так как защищает не только глаза от слепящего света электрической дуги, однако и кожу лица (и частично шеи) от ожогов брызгами расплавленного металла и искрами. Также в определенной мере маска предохраняет дыхательные пути. Прозрачные очки рекомендуется применять в том числе при резке металла и обработке кромок. Темный щиток маски предохраняет кожу от избыточного и специфического «сварочного загара», который может вызвать рак кожи;
- перчатки или рукавицы с крагами (защитными элементами на запястья и выше). Материал перчаток должен быть максимально плотным, не плавящимся (обязательное условие, так как нагрев быть может значительным), и вместе с тем достаточно мягким для удобства работы. Плотная фиксация на кистях нежелательна, перчатки должны свободно облегать руку;
- куртка или передник из плотного, не склонного к возгоранию материала. Также может применять комбинезон или полукомбинезон;
- плотная, легко выдерживающая температурные воздействия обувь. Важно, чтобы в обуви не было открытой шнуровки, гвоздей в подошве и остальных металлических элементов;
- при работе в неудобных местах, с вынужденным укладыванием на пол или стоянием на коленях используют наколенники, специальные подставки и коврики.
Согласно нормативам, сварщики также должны использовать респираторы. Тем не менее чаще всего домашние мастера отказываются от него, мотивируя это неудобством работы и коротким ее периодом.
Важно: люди, имеющие проблемы с дыхательными путями (частые случаи бронхита или ангин, недавно перенесенная пневмония, наличие астмы или аллергии) обязательно должны применять респиратор в период сварки!
Материал перчаток (рукавиц, краг) и одежды, предназначенных специально для сварщиков, маркируется «ТР», то же касается обуви. Рекомендовано изготовление спецодежды для сварщиков из натуральных материалов (брезента, хлопка, натуральной кожи) с дополнительной пропиткой огнезащитными веществами. В бытовых условиях подойдет плотная джинсовая или брезентовая одежда, длинные передник и нарукавники (за неимением краг) из брезента или кожи, кожаные перчатки. Однако рукавицы или перчатки лучше все же купить специализированные.
Последовательность выполнения работ при аргоноводуговой сварке
Технология процесса изложена на примере сварки труб ручным сварочным аппаратом и урока для новичков от канала «Гори дуга».
Подготовка оснащения, защиты и свариваемых деталей. Для работы мастера рекомендуют применять аппараты на основе инвертора с питанием от переменного тока 220В (промышленные модели с питанием 380В применять в бытовых условиях не рекомендуется, даже при наличии соответствующего гнезда питания).
В качестве свариваемых деталей для начинающего мастера лучше выбрать черные или слаболегированные сплавы на основе железа. Принимая листы толщиной 2…3 мм, используют зеленые (WP) электроды из чистого вольфрама, не имея легирующих добавок.
Предварительная подготовка деталей описана выше.
Выполнение фаски для лучшего сваривания шва
Установка держателя, фиксирующего два отрезка трубы относительно друг друга
Шов «прихватка». В отдельных моментах соединить детали сразу постоянным сплошным швом бывает сложно, по этой причине мастера рекомендуют в данном случае выполнить «прихватку», т.е. короткие швы в нескольких местах.
Выполнение точечных «прихваток»
В случае, если точечное схватывание было выполнено не совсем удачно, лучше зачистить наплывы металла для получения более монолитного и ровного шва
Выполнение основного шва – разжигание дуги. Направьте свой взгляд, в начале включается поддув, и только потом дуга
Выполнение основного шва с неплавящимся электродом и применение присадки
Вид готового шва
Швы крупным планом
На детальных фото и видео швов, полученных при помощи аргонодуговой сварки хорошо видно, что они состоят из множества «нашлепок» круглой формы. Это связано с тем, что импульсы нагрева подаются с определенным интервалом. Соответственно, металл расплавляется в конкретной точке, образуя наплыв, потом в следующей и т.д.
Рекомендации опытных сварщиков
Заключение
Работа с дуговой сваркой в аргонном защитном поле требует обязательной отработки навыков и предельного внимания. Крайне рекомендуется, кроме основных защитных средств, обеспечить также качественную вентиляцию помещения и защиту присутствующих при работе посторонних лиц от слепящего света сварки.
