Газы для сварки, резки металлов

Сварочный процесс требует защиты расплавленного металла от агрессивного воздействия окружающей среды. Поэтому в зону сварки требуется непрерывная подача защитного газа (гелия, аргона, углекислого газа или их смесей).

В качестве защитных газов при сварке плавлением применяют газы химически инертные, активные и их смеси.

Инертными называют газы, которые химически не взаимодействуют с нагретым металлом и не растворяются в нем. При их использовании сварку можно выполнять как плавящимся, так и не плавящимся электродом. К инертным газам относят аргон (Аг), гелий (Не) и их смеси. Они служат для сварки алюминия, магния, титана и их сплавов, склонных при нагреве к энергичному взаимодействию с кислородом, азотом и водородом. Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия.

Аргон — негорючий и невзрывоопасный газ. Он не образует взрывчатых смесей с воздухом. Будучи тяжелее воздуха, аргон обеспечивает хорошую газовую защиту сварочной ванны.

Аргон марки А рекомендуется применять для сварки и плавки активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе, а также для сварки особо ответственных изделий из других материалов на заключительных этапах изготовления. Аргон марки Б предназначен для сварки и плавки плавящимся и неплавящимся вольфрамовым электродом сплавов на основе алюминия и магния, а также других сплавов, чувствительных к примесям растворимых в металле газов. Аргон марки В рекомендуется для сварки и плавки хромоникелевых коррозионностойких и жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок и чистого алюминия.

Аргон следует хранить и транспортировать в стальных цельнотянутых баллонах.

Гелий, подобно аргону, химически инертен, но в отличие от него значительно более легок. Гелий легче воздуха, что усложняет защиту сварочной ванны и требует большего расхода защитного газа. По сравнению с аргоном, гелий обеспечивает более интенсивный нагрев зоны сварки, что обусловливается большим градиентом падения напряжения в дуге.

Гелий добывают из природных углеводородных газов путем их охлаждения в специальных установках. При этом газообразные метан, этан и другие углеводороды сжижаются, а гелий остается в газообразном состоянии, так как имеет очень низкую температуру сжижения (—269 °С).

Смеси инертных и активных газов находят все более широкое применение при сварке плавящимся электродом сталей различных классов ввиду их технологических преимуществ: меньшей, по сравнению с активными газами, интенсивностью химического воздействия на металл сварочной ванны, высокой устойчивости дугового процесса, благоприятного характера переноса электродного металла через дугу. По сравнению с чистым аргоном, смеси инертных и активных газов имеют преимущества при сварке конструкционных сталей. Известно, что при плавящемся электроде лучшие характеристики процесса сварки обычно достигаются на постоянном токе обратной полярности. Однако при сварке стали

10. Специальность «Технология сварочных работ» применение в качестве защитного газа чистого аргона сопровождается нестабильностью положения катодного пятна на поверхности изделия. В результате получаются плохо сформированные сварные швы.

Добавка к аргону небольшого количества кислорода или другого окислительного газа существенно повышает устойчивость горения дуги и улучшает качество формирования сварных швов.

Активными называют газы, вступающие в химическое взаимодействие со свариваемым металлом, т. е. способные защищать зону сварки от доступа воздуха, но вместе с тем химически реагирующие со свариваемым металлом или физически растворяющиеся в нем.

По свойствам различают три группы активных газов: с восстановительными (водород, оксид углерода); окислительными (углекислый газ, водяные пары); выборочной активности (азот активен к черным металлам, алюминию, но инертен к меди и медным сплавам). Основным активным защитным газом является углекислый газ.

Углекислый газ (СО2) бесцветен, не ядовит, тяжелее воздуха. При давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0 °С плотность углекислого газа равна 1,97686 г/л, что в 1,5 раза больше плотности воздуха. Углекислый газ хорошо растворяется в воде.

Используют в качестве защитной среды при дуговой сварке стали. Ввиду химической активности его по отношению к вольфраму сварку ведут только плавящимся электродом. Применение углекислого газа обеспечивает надежную защиту зоны сварки от соприкосновения с воздухом и предупреждает азотирование металла шва. Из легирующих элементов ванны наиболее сильно окисляются алюминий, титан и цирконий, менее интенсивно — кремний, марганец, хром, ванадий и др. Препятствием для применения углекислого газа в качестве защитной среды прежде являлись поры в швах. Они вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения СО вследствие недостаточной его раскисленности. Применение сварочных проволок с повышенным содержанием кремния устранило этот недостаток, что позволило широко использовать углекислый газ в сварочном производстве. Расход углекислого газа устанавливается таким, чтобы обеспечить полную защиту металла шва от воздействия атмосферного воздуха.

Жидкая углекислота — бесцветная жидкость, плотность которой сильно изменяется в связи с колебаниями температуры. Вследствие этого она измеряется по массе, а не по объему. При испарении 1 кг жидкой углекислоты в нормальных условиях (760 мм рт. ст., 0 °С) образуется 509 л углекислого газа. Углекислоту получают в специальных установках путем извлечения ее из дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, из газов брожения в спиртовой промышленности и газов, получающихся при обжиге известняка. Углекислоту транспортируют в жидком состоянии в стальных баллонах или изотермических емкостях.

В углекислом газе не должны содержаться минеральные масла, глицерин, сероводород, соляная, серная и азотная кислоты, спирты, эфиры, органические кислоты и аммиак. В баллонах со сварочной углекислотой, кроме того, не должно быть воды. Повышенное содержание водяных паров в такой углекислоте может при сварке привести к образованию пор в швах и снизить пластические свойства сварного соединения.

Влажность газа повышается в начале и конце отбора его из баллона, поэтому в этих случаях чаще всего появляются дефекты в швах. Чтобы снизить содержание влаги в поступающем на сварку углекислом газе до безопасного уровня, на его пути устанавливают осушитель. Для улавливания влаги осушитель заполнен хлористым кальцием, силикагелем или другими поглотителями влаги.

Находит применение при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей газовая смесь углекислого газа с кислородом. Кислород дешевле углекислого газа, что делает смесь экономически выгодной.

Кислород2) входит в состав газовых смесей: СО2 + О2 и Аг + О2. Это бесцветный газ без запаха, поддерживает горение. Газообразный кислород получают из атмосферного воздуха путем глубокого охлаждения или в результате электролиза воды.

Водород2) применяют при атомно-водородной сварке. Он не имеет цвета, запаха и является горючим газом. Ввиду того, что смеси водорода с воздухом или кислородом взрывоопасны, при работе с ним необходимо соблюдать правила пожарной безопасности и специальные правила техники безопасности. В зависимости от способа получения технический водород выпускают четырех марок: А, Б, В и Г. Наиболее чистым является технический водород марки А, полученный электролизом воды. Содержание водорода в нем должно быть не менее 99 %, остальное — в основном кислород. Технический водород поставляют в стальных баллонах, резино-тканевых газгольдерах и по трубопроводам.

Азот (N2) — бесцветный газ, без запаха, не горит и не поддерживает горение. Азот не растворяется в расплавленной меди и не взаимодействует с ней, а поэтому может быть использован при сварке меди в качестве защитного газа. Жидкий азот перевозят в металлических сосудах Дьюара и в транспортных емкостях.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >