Лекція 13 захисні гази для дугового зварювання

Мета лекції – вивчення загальних відомостей про неметалічні зварювальні матеріали, захисні інертні гази

План лекції:

1. Загальні відомості про неметалічні зварювальні матеріали.

2. Захисні гази для дугового зварювання.

3. Інертні гази, їх властивості і способи отримання.

Рекомендована література

1. Петров Г.Л. Сварочние материалы.-Л.: Машиностроение. 1972.-279 с.

2. Сварочные материалы для дуговой сварки т. 1. Под редакцией Потапова Н.Н. – М: Машиностроение. 1989.- 544 с.

3. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. – М: “Машиностроение”. 1973. – 448 с.

4. Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов. – М: Высшая школа. 1977 – 390 с.

5. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под редакцией акад. Б.Е. Патона. – М: Машиностроение 1974. – 768 с.

6. Сварка в машиностроении. Справочник. т. 2. Под редакцией д.т.н. Акулова А.И. М: Машиностроение 1978. – 462 с.

7. Петрунин И.Е., Лоцманов С.Н., Николаев Г.А. Пайка металлов. М: Металлургия. 1973 – 281 с.

8. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Дем’янцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. М: Машиностроение 1977. – 432 с.

9. Фоминых В.П., Яковлев А.П. Ручная дуговая сварка. М. Высшая школа 1986. – 288 с.

Лекція 13 захисні гази для дугового зварювання

Загальні відомості про дугове зварювання в захисних газах

В умовах дугового зварювання в результаті взаємодії з навколишньою атмосферою метал, що плавиться, може поглинати складову атмосферу гази, погіршувати свій состав і властивості. Для деяких металів найбільш несприятливими в цих умовах є окислювання й азотування рідкого металу у зварювальній ванні. При дуговому зварюванні в захисних газах необхідний захист металу, що плавиться, створюється стікаючої із сопла пальника досить потужним спрямованим струменем захисного газу, що забезпечує відтискування навколишнього повітря від металу, що плавиться.

Як захисні середовища (газів) широко застосовують інертні (Аг, Не) і активні (СО₂, О₂, N₂, Н₂) гази, а також їхньої суміші (Аг—СО₂-О₂, Аг—О₂, Аг—СО₂, СО₂— О₂ і ін.).

Ідея захисту металу, що переплавляє дугою, від повітря шляхом подачі в зону зварювання спеціально підібраного газу належить великому винахідникові Н. Н. Бенардосу, що запропонував ще в 1883 році зварювання в струмені газу.

Промислове застосування зварювання в захисних газах почалося після розробки в 40-х роках у США способу зварювання вольфрамовим електродом, що не плавиться, в інертному газі - аргоні й в 50-х роках у СРСР високопродуктивного способу зварювання електродом, що плавиться, в активному окисному вуглекислому газі.

Зварювання в захисних газах мають ряд переваг у порівнянні з іншими способами, з яких головні: наявність сприятливих умов для візуального, у тому числі й дистанційного, спостереження за процесом зварювання; широкий діапазон робочих параметрів режиму зварювання; можливість ведення процесу з періодичною зміною електричних параметрів (імпульсно-дугове зварювання); можливість здійснення процесу зварювання в будь-яких просторових положеннях; можливість варіювання состава захисного газу; більші можливості зварювання широкої номенклатури матеріалів, у тому числі кольорових металів і їхніх сплавів; доступність механізації й автоматизації процесу, у тому числі із застосуванням робототехніки; висока культура виробництва й гарні гігієнічні умови праці зварників.

Завдяки відзначеним перевагам зварювання в захисних газах стала одним із самих найбільше широко застосовуваних способів дугового зварювання. Цей спосіб зварювання має ряд різновидів, які в основному можна розділити на дві головні групи: зварювання що не плавиться й плавиться електродами.

Зварювання електродом, що не плавиться, відбувається без розплавлювання металу електрода. Як неплавящегося електрод звичайно використають вольфрамові прутки. Дуга горить між вольфрамовим електродом і крайками виробу, що зварює. Зварювання може вестися з додатковою подачею присадкового дроту в зону дуги.

При зварюванню електродом, що плавиться, дуга горить між електродним дротом, безупинно подаваної в дугу, і виробом. Дуга розплавляє дріт і крайки виробу, утворюючи загальну зварювальну ванну. В обох випадках у міру переміщення дуги зварювальна ванна затвердіває, утворюючи шов, що з'єднує крайки виробу.

Зазначені способи мають безліч різновидів, зв'язаних насамперед з видом захисного газу.

Інертні гази, їхні властивості й способи одержання

При зварюванні в інертних газах, якщо забезпечено повну ізоляцію розплавленого металу від повітря, хімічні реакції між металом і навколишнім середовищем зводяться до мінімуму. Потенційна можливість протікання реакцій у цьому випадку визначається ступенем чистоти газу.

Аргон (панцира. Аrgоn) Аr — хімічний елемент VIII групи періодичної системи Д. И. Менделєєва, інертний газ, атомний номер 18, атомна маса 39,948.

При звичайних умовах аргон - безбарвний, неотруйний газ, без заходу й смаку, майже в 1,5 рази важче повітря. У природі аргон присутній тільки у вільному виді. Об'ємна концентрація аргону в повітрі 0,93 %. З більшістю елементів аргон не утворить хімічних сполук, крім деяких гідридів. У металах аргон, як у рідкому, так і у твердому стані не розчинимо.

У зварювальному виробництві аргон широко використають як захисне середовище при зварюванні, різанні й плавці активних і рідких металів і сплавів на їхній основі (алюмінію, алюмінієвих і магнієвих сплавів, корозійно-стійких хромонікелевих жароміцних сплавів і легованих сталей різних марок).

У цей час основним промисловим способом одержання аргону є метод низькотемпературної ректифікації повітря з одержанням основних продуктів - кисню й азоту з попутним добуванням аргону.

Виробництво аргону здійснюється на потужних воздухоразделительных установках типу Каар-30, якими комплектуються кисневі станції заводів чорної металургії.

Аргон також одержують на спеціалізованих заводах на рідинних повітрянороздільних установках типу Кж-1Ар, Кж-1,6 і Аж-2.

Освоюється виробництво аргону з отдувочних газів, аміачних виробництв. Отриманий таким шляхом аргон містить деяка кількість кисню.

Подальше очищення газу від кисню здійснюють безпламенним спалюванням водню в аргоні або іншому способі. У чистому аргоні все-таки залишається невелика кількість кисню, азоту й вологи.

Оскільки за умовами зварювання потрібен аргон різної чистоти, то промисловість випускає його двох сортів, що поставляють як у газоподібному, так і в рідкому стані. Газоподібний аргон відпускають, зберігають і транспортують у сталевих балонах (за ГОСТ 949 — 73) або автореципиентах під тиском (15 ± 0,5) МПа або (20 ± 1,0) МПа при 20 °С.

Тиск газу в балоні й автореципієнтах вимірюють манометром відповідного класу точності. Температуру газу в балоні приймають рівній температурі навколишнього повітря, у якому наповнений балон повинен бути витриманий не менш 5 ч перед виміром тиску.

При поставці аргону в балонах (за ДСТ 949 — 73) місткістю 40 дм³ обсяг газу в балоні становить при номінальному тиску 15 МПа й 20°С 6,20 м³; при номінальному тиску 20 МПа й 20 °С 8,24 м³.

Рідкий аргон перевозиться по залізницях у спеціальних залізничних вагонах-цистернах. Автомобільним транспортом рідкий аргон перевозять у транспортних цистернах для рідкого аргону всіх типорозмірів (за ДСТ 17518 - 79), а також автомобільними газифікаційними установками типу АГУ.

Кількість рідкого аргону в цистернах вимірюють у тоннах або кілограмах. При перекладі маси або обсягу рідкого аргону в кубометри газоподібного аргону при нормальних умовах використають наступні формули:

V_п = m 1000/1,662 або V_п = V_ж 1,392/1,662,

де m — маса рідкого аргону, т; V_ж — обсяг рідкого аргону, дм³; 1,662 — щільність газоподібного аргону при нормальних умовах, кг/м³; 1,392 — щільність рідкого аргону при нормальному тиску, кг/дм³.

Аргон нетоксичний і невибухонебезпечний. Газоподібний аргон важче повітря й може накопичуватися в слабко провітрюваних приміщеннях у підлоги й у приямках, а також у внутрішніх обсягах устаткування, у тому числі й призначеного для одержання, зберігання й транспортування газоподібного й рідкого аргону. При цьому знижується зміст кисню в повітрі, що викликає кисневу недостатність і ядуху в електрозварювача.

У місцях можливого нагромадження газоподібного аргону необхідно контролювати зміст кисню в повітрі приладами автоматичної або ручної дії із пристроєм для дистанційного відбору проб повітря. Об'ємна частка кисню в повітрі повинна бути не менш 19 %.

Рідкий аргон - кипляча при низьких температурах рідина, що може викликати обмороження шкіри й поразка слизуватої оболонки око.

При роботі в атмосфері аргону необхідно користуватися ізолюючим кисневим приладом, шланговим протигазом або скафандром.

Гелій (панцира. Нelium) Не — хімічний елемент VIII групи періодичної системи Д. И. Менделєєва, атомний номер 2, атомна маса 4,0026, ставиться до інертних газів, без кольорів і заходу, щільність 0,178 г/л. Уперше був відкритий на сонце. Скраплюється сутужніше всіх відомих газів (при —268,93°С). На землі гелію мало, у невеликій кількості втримується в повітрі й у земній корі, де він постійно утвориться при розпаді урану й інших радіоактивних елементів Об'ємний зміст гелію в повітрі 0,00052 %.

Газ не отрутний, добре дифундує через тверді тіла, значно легше повітря й аргону. Гелій не утворить хімічних сполук з більшістю елементів. Гелій одержують із природних газів, що природно утворяться при розпаді гірських порід, що містять уран, методом фракційної конденсації. У малій кількості гелій можна одержувати як побічний продукт при поділі повітря на кисень і азот.

Гелій для зварювання поставляється промисловістю по ТУ 51-689-75 трьох сортів: марки А, Б и В. Методи визначення частки домішок і умов поставки регламентуються ГОСТ 20461-75.

Транспортують і зберігають гелій у газоподібному стані в сталевих балонах при тиску р = 15 МПа або в зрідженому стані при р ?; 0,2 Мпа. Вартість гелію значно вище, ніж аргону, тому його застосовують в основному при зварюванні хімічно чистих і активних матеріалів і сплавів, а також сплавів на основі алюмінію й магнію. Через здатність забезпечувати підвищення проплавлення (завдяки високому значенню потенціалу іонізації) гелій застосовують іноді в тих випадках, коли потрібно одержати більшу глибину проплавлення або спеціальну форму шва.