Назначение защитных газов, применяемых при механизированной и автоматизированной сварке, их виды, способы получения, хранения и транспортировка

Учреждение образования. Бобруйский государственный машиностроительный профессионально- технический колледж

Методические рекомендации к выпускному квалификационному экзамену по предмету: ОиТСР

Разработала преподаватель спецдисциплин Н.А.Свирко

Назначение защитных газов, применяемых при механизированной и автоматизированной сварке, их виды, способы получения, хранения и транспортировка.

Сварку в защитных газах осуществляют при вдувании в зону дуги через сопло горелки струи защитного газа. В качестве защит­ных применяют газы: инертные (аргон, гелий), активные (угле­кислый газ, кислород, азот, водород) и их смеси (Аг + Ог, Аг + С0₂, Аг + 0₂ + С0₂ и др.).

Инертные одноатомные газы. Они практически полностью ней­тральны по отношению ко всем свариваемым металлам. Такие газы применяют для сварки химически активных металлов и спла­вов, а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, не отличающиеся по составу от основного и присадочного металлов. Аргон [Аг] — при обычных условиях аргон — бесцветный, неядовитый газ, без запаха и вкуса, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха.

Аргон для сварки поставляют в газообразном и в жидком со­стояниях. Состав газообразного аргона (по ГОСТ 10157—79) за­висит от сорта.

Аргон высшего сорта содержит (в об. %): > 99,993 Аг; < 0,007 0₂; <0,005 N₂; аргон первого сорта содержит > 99,987 Аг; < 0,002 0₂; <0,01N₂.

Газообразный аргон 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.

Объем газа при поставке аргона в баллонах (по ГОСТ 949—73) вместимостью 40 дм³ составляет 6,2 м³ (при номинальном давле­нии 15 МПа и 293 К).

Гелий [Не] — химический элемент VIII группы периодической системы Д. И. Менделеева, атомный номер 2, атомная масса 4,0026, газ без цвета и запаха, плотность 0,178 г/л.

Гелий для сварки поставляют по ТУ 51-689—75 трех сортов: марки А, Б и В с содержанием гелия не менее 99,99 об. %. Транс­портируют и хранят гелий в стальных баллонах вместимостью 40 дм³ в газообразном состоянии при давлении 15 МПа или в сжиженном состоянии при давлении до 0,2 МПа. При использо­вании гелия можно получить большую глубину проплавления (бла­годаря высокому значению потенциала ионизации), поэтому его применяют в тех случаях, когда требуется усилить проплавляю­щую способность дуги или получить швы специальной формы.

Активные защитные газы. В качестве активного защитного газа при дуговой сварке применяют углекислый газ. К активным газам могут быть отнесены также кислород, азот и водород, использу­емые в некоторых сварочных процессах как составная часть за­щитного газа.

Углекислый газ, или двуокись углерода, может находиться в газообразном, сжиженном и твердом (в виде сухого льда) состоя­ниях.

Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты. В нормальных условиях (20 "С и 0,1 МПа) при испа­рении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л газа. При чрез­мерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостаточном подводе теплоты углекислота превращается в су­хой лед.

Двуокись углерода термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и кислород только при температуре выше 2000 °С.

Поскольку для получения швов высокого качества необходим углекислый газ высокой чистоты, для сварки используют дву­окись углерода высшего и первого сортов по ГОСТ 8050—85, ко­торая не должна содержать сероводород, кислоты и органические соединения.

Кислород [О] При нормальных условиях газ без цвета, запаха и вкуса. Химически наиболее активный (после фтора) неметалл. С большин­ством других элементов (водородом, металлами, серой, фосфо­ром и т.д.) взаимодействует непосредственно (окисление) и, как правило, с выделением энергии.

Газообразный кислород трех сортов по ГОСТ 6583—78 получа­ют из атмосферного воздуха.

Кислород нетоксичен, негорюч и невзрывоопасен, однако, являясь сильным окислителем, резко увеличивает способность других материалов к горению.

В сварочном производстве кислород широко применяют для газовой сварки и резки, а также при дуговой сварке как состав­ную часть защитной газовой смеси. При достаточно высоком со­держании элементов-раскислителей в переплавляемом дугой ме­талле кислород может вводиться в зону сварки для уменьшения вредного действия водорода, улучшения переноса электродного металла и формирования металла шва. Как поверхностно-актив­ный элемент кислород уменьшает поверхностное натяжение жид­кого металла, тем самым способствуя образованию на конце элек­трода более мелких капель и их более равномерному, направлен­ному (струйному) переносу в сварочную ванну.

Азот [Ar] — химический элемент V группы периодической си­стемы Д. И. Менделеева, атомный номер 7, атомная масса 14,0067, бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. В воздухе свободный азот (в виде молекул N₂) составляет 78,09 %.

Азот применяют при сварке меди и ее сплавов, по отношению к которым он является инертным газом. По отношению к боль­шинству других металлов азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне плавления стремятся огра­ничить.

Водород [Н] — химический элемент, первый по порядковому номеру в периодической системе Д. И. Менделеева. Атомная масса 1,00792. При обычных условиях водород — газ без цвета, запаха и вкуса, в 14,4 раза легче воздуха. В соответствии с ГОСТ 3022—80 водород выпускают трех марок — А, Б и В. Для сварочных и метал­лургических целей в основном используют водород марок А и Б.

Водород применяют только в специальных областях сварки, например для атомно-водородной сварки. Ввиду возможности об разования 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 к аргону способствует повыше­нию проплавляющей способности дуги и улучшает формирова­ние швов.

Широко применяют смеси аргона с активными газами следу­ющих составов:

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

2. Смесь Аг + 1...5 %0₂. Примесь кислорода к аргону понижает критический ток, при котором капельный перенос электродного металла переходит в струйный, что позволяет несколько увели­чить производительность сварки и уменьшить разбрызгивание металла. Аргонокислородную смесь применяют для сварки мало­углеродистых и легированных сталей.

3. Смесь Аг + 10...20%СО₂. Углекислый газ при сварке малоуглеродистой и низколегированной стали способствует уст­ранению пористости в сварных швах. Добавка С0₂ к аргону повы­шает стабильность дуги и улучшает формирование шва при свар­ке тонколистовой стали.

4. Тройная смесь 75 % Аг — 20 % С0₂ — 5 % 0₂ обеспечивает высокую стабильность дуги при сварке плавящимся электродом, минимальное разбрызгивание металла, хорошее формирование шва, отсутствие пористости.

5. Смесь Аг+ 10...20%Н₂ применяют при микроплазменной сварке. Наличие водорода в смеси обеспечивает сжатие столба плаз­мы, делает его более концентрированным. Кроме того, водород создает в зоне сварки необходимую в ряде случаев восстанови­тельную атмосферу.

При отсутствии готовых газовых смесей газы можно смеши­вать на сварочном посту. Состав смеси, подаваемой в горелку, регулируют изменением расхода газов, входящих в смесь.