Сварочные газы:101 почему мы их используем и их типы

Что такое сварочные газы?

Сварочный газ используется по-разному. К ним относятся защита дуги от примесей, таких как воздух, пыль и другие газы; поддержание чистоты сварных швов на нижней стороне шва, противоположной дуге (или продувке); и нагрев металла. Защитные газы также используются для защиты металла после сварки.

Газы, используемые в процессах сварки и резки, включают:

• Защитные газы, такие как двуокись углерода, аргон, гелий и т. д.
• Топливные газы, такие как ацетилен, пропан, бутан и т. д.
• Кислород, используемый с топливными газами, а также в небольших количествах в некоторых смесях защитных газов

В то время как традиционные электродуговые сварщики очень мало знали о газах при сварке, появление сварочных аппаратов MIG и TIG за последние 70–80 лет привело к необходимости использования сварочного газа в качестве обычного товара в большинстве мастерских.

Когда мы перейдем к ведущим газам и смесям, используемым в мире сварки, интересно узнать, насколько мы продвинулись вперед за короткое время с момента их первого внедрения. Прогресс огромен, и новые газы или новые способы их использования впечатляют.

В этой статье мы рассмотрим различные типы сварочного газа и их применение.

Какова цель использования газа при сварке?

Существует целый ряд различных применений газа при сварке. Это может включать:очищение дуги от загрязнений (таких как пыль, другие газы, грязь и т. д.),

Также используется для повышения стабильности дуги и обеспечения надлежащего переноса металла во многих сварочных процессах. Следите за тем, чтобы сварочная ванна оставалась чистой ниже шва (это называется продувкой), а также для покрытия и нагрева.

Если вы неправильно используете газ при сварке, вы можете получить слабый или пористый шов или обнаружить, что во время сварки слишком много брызг. Брызги не разрушат сварной шов, но снижают производительность, так как требуют усилий для его очистки.

1. Инертные и химически активные газы

Для сварки можно использовать два типа газа:

Инертные газы. Инертный газ – это газ, который не изменяется при заданных условиях. Инертные газы часто используются при сварке, герметизации или маркировке, чтобы избежать нежелательных химических реакций, которые могут повредить деталь. Эти нежелательные реакции включают окисление и гидролиз, которые являются реакциями с кислородом и влагой в воздухе.

Очищенный азот и аргон чаще всего используются в качестве инертных газов из-за их высокого естественного содержания (78% N2, 1% Ar в воздухе) и относительно низкой стоимости.

Реактивные газы. Также известные как инертные газы — это газы, которые не вступают в химические реакции в определенных условиях, таких как окисление. К ним относятся аргон, углекислый газ, гелий и азот.

Восстановительные защитные газы в сварочной технике всегда представляют собой смешанные газы, состоящие из аргона или азота с водородом. Аргон с водородом используется, например, при TIG-сварке нержавеющей стали. В качестве форвакуумных газов применяются азот и водород. Внимание:если доля водорода превышает 10%, его необходимо сжигать в факелах из-за пожаро- и взрывоопасности.

2. Защитный газ

Когда воздух попадает в дугу во время сварки, в расплавленном металле образуются пузырьки воздуха, создавая слабый и очень некрасивый сварной шов. Вы не можете сваривать MIG или TIG без защитного газа, если только используемый присадочный материал не имеет порошковой сердцевины или покрытого флюсом. Он служит той же цели, что и защитный газ, защищая от примесей, но по-другому.

Большинство защитных газов инертны, что делает их идеальными для защиты процесса сварки, поскольку они остаются стабильными в экстремальных условиях сварки. Они также по-разному питают сварной шов, в зависимости от используемого газа, включая большее проникновение, большую текучесть в расплавленном состоянии и более гладкую поверхность валика.

3. Продувочный газ

Продувочные газы используются для покрытия нижней стороны свариваемого материала так же, как и защитный газ, только это делается отдельно от естественного процесса сварки.

Пока вы свариваете верхнюю часть соединения, нижняя часть соединения герметизируется и продувается потоком газа. Он часто используется для изделий из нержавеющей стали, и это может быть тот же тип газа или другой газ, чем тот, который используется в верхней части соединения.

4. Газовое отопление

Некоторые виды сварки, такие как газовая сварка и пайка, требуют, чтобы газ нагревал металл или присадочные стержни для обеспечения сварки. Это заменяет необходимость в дуге.

Определенные виды сварки требуют предварительного нагрева металла перед сваркой, для чего используется этот газ. Газ — это просто топливо, смешанное с воздухом или кислородом, которое поджигается пламенем, чтобы нагреть или расплавить металл.

5. Защитный газ

Одеяло — это процесс, при котором резервуары и замкнутые пространства наполняются газом после их завершения, чтобы воздух и другие загрязняющие вещества не повреждали и не окрашивали готовый продукт.

Иногда используется для заполнения завершенных проектов целиком. В других случаях газ добавляется в заполненный воздухом резервуар, создавая смесь, которая защищает резервуар от других газов или реакций.

Различный тип газа, используемый для сварки

Первые два защитных газа, аргон и гелий, инертны, а остальные четыре — водород, кислород, углекислый газ и азот — полуинертны.

Обязательно оцените цели своего проекта, чтобы выбрать правильный газ для сварочного шва. При выборе следует помнить о стоимости, подготовке, основном материале, который вы будете сваривать, свойствах готового сварного шва и о том, что необходимо сделать во время очистки после сварки.

Четыре наиболее распространенных защитных газа, используемых при сварке MIG, — это аргон, гелий, углекислый газ и кислород. Каждый из них имеет уникальные преимущества и недостатки в каждом отдельном приложении.

Аргон (Ar)

Аргон обеспечивает более узкое проплавление, что удобно для стыковых и угловых швов. Он также может похвастаться плавной и относительно плавной дугой. Если вы собираетесь сваривать цветные металлы, такие как титан, алюминий или магний, вам понадобится чистый аргон.

Аргон также часто смешивают с водородом, гелием или кислородом. Это помогает усилить характеристики дуги и облегчить перенос металла.

Если важны качество сварки и эстетика, хорошо использовать смешанные газы. У вас есть несколько вариантов, которые варьируются от 75-95% аргона до 5-25% CO2. Они обеспечивают лучшую стабильность дуги и уменьшают разбрызгивание по сравнению со 100% CO2.

Смешанные газы также могут использоваться в процессе переноса распылением, что, в свою очередь, обеспечивает более привлекательный внешний вид сварных швов, а также повышает производительность. Смеси аргон/CO2 хороши для сварки низколегированных, некоторых нержавеющих сталей и углеродистых металлов. Однако имейте в виду, что более высокий уровень CO2 может привести к усилению разбрызгивания.

Гелий (Он)

Обычно используется для цветных металлов, гелий также может использоваться для нержавеющей стали. Он хорошо работает с толстыми металлами благодаря своим широким и глубоким проникающим способностям. Обычно используется в соотношении 25-75% гелия к 75-25% аргона.

Регулируя эти соотношения, вы можете изменить глубину проникновения и профиль борта. При работе с нержавеющими сталями гелий обычно используется в трехкомпонентной газовой смеси с CO2 и аргоном. Гелий также используется для предотвращения окисления при сварке таких металлов, как нержавеющая сталь, алюминий, магний и медные сплавы.

Гелий создает более горячую дугу, что обеспечивает более высокую скорость перемещения и, следовательно, повышенную производительность. При этом гелий дороже и требует более высокой скорости потока, чем аргон. При рассмотрении вопроса об использовании гелия важно учитывать соотношение стоимости газа и показателей производительности.

Двуокись углерода (CO2)

CO2, безусловно, является наиболее распространенным и одним из немногих газов, которые можно использовать в чистом виде без необходимости добавления инертного газа, такого как аргон или гелий. По этой причине CO2 является наиболее экономичным вариантом и хорошим выбором, если стоимость проекта является приоритетом.

Чистый CO2, также известный как 100% CO2, обеспечивает глубокое проплавление сварного шва, что делает его удобным при сварке толстых материалов. При этом чистый CO2 ограничивается только процессом сварки с коротким замыканием и дает менее стабильную дугу, а также большее количество брызг, чем в сочетании с другими газами (также известными как «смешанные газы»).

Чистый CO2 хорош для проектов, где эстетика сварного шва не важна, или сварной шов не виден, например, на днище автомобиля. Очистка после сварки также немного сложнее.

Кислород (O2)

Активный газ, кислород обычно используется в небольших количествах при добавлении к защитным газам, обычно от 1 до 9%. Это улучшает текучесть сварочной ванны, а также стабильность дуги и проплавление нержавеющей стали, низкоуглеродистых и низколегированных металлов.

Не рекомендуется использовать кислород с алюминием, медью, магнием или другими экзотическими металлами, так как это может вызвать окисление.

Смеси кислорода и аргона обычно используются для нержавеющей стали и простых углеродистых металлов. Он обеспечивает стабильную дугу с ограниченным разбрызгиванием. Однако более высокий уровень кислорода может затруднить сварку в нерабочем положении из-за увеличения текучести сварочной ванны.

Азот (N)

Еще один недорогой защитный газ, азот, увеличивает проплавление сварного шва и стабильность дуги при смешивании с другими газами. Эти смеси также могут улучшать химические свойства сплавов, содержащих азот.

Азот используется в качестве продувочного газа при сварке труб из нержавеющей стали. Добавляемый в небольших количествах к аргону, он также может использоваться в качестве защитного газа для нержавеющей стали.

Водород (H)

При добавлении к аргону водород обеспечивает более глубокое проплавление и более высокую скорость сварки. Смесь водорода, аргона и углекислого газа может улучшить проплавление сварного шва. Однако при неправильном использовании водород может вызвать пористость.

Водород служит защитным газом в высокотемпературных применениях, таких как нержавеющая сталь. Его часто смешивают с аргоном для обработки аустенитной нержавеющей стали.

Различные типы газовых смесей, используемых при сварке

Аргон и CO2

Наиболее распространенной газовой смесью для защиты при сварке является смесь CO2 и аргона. Он может работать от 95% до 80% аргона и от 5% до 20% CO2. В большинстве случаев это позволяет получить приятный гладкий сварной шов и свести к минимуму количество брызг.

Чем толще сталь, которую вы хотите сварить, тем больше углекислого газа вам потребуется в смеси, а чем она тоньше, тем больше аргона вам понадобится.

Сварщики используют эти газовые смеси в:

• Газовая дуговая сварка углеродистой стали (GMAW)
• Дуговая сварка углеродистой стали порошковой проволокой (FCAW)
• Дуговая сварка нержавеющей стали порошковой проволокой (FCAW)

Аргон, CO2 и кислород

Если вам нужно немного больше текучести в сварочной ванне, то вам, вероятно, нужна смесь аргона, газа CO2 и кислорода. Вы получаете довольно схожие свойства со смесью аргона и углекислого газа, когда дело доходит до готового сварного шва.

Однако, в дополнение к улучшенной текучести, это также может повысить скорость процесса сварки и значительно повысить производительность сварщика. Мы используем его в следующих процессах:

• Газовая дуговая сварка углеродистой стали (GMAW)
• В некоторых случаях дуговая сварка металлическим газом (GMAW) на нержавеющей стали

Аргон, гелий, CO2

Существует широкий спектр различных смесей, когда выбранный вами сварочный газ представляет собой смесь аргона, гелия и углекислого газа. В зависимости от того, для чего он будет использоваться, в смеси будет преобладать либо гелий, либо аргон.

Используемые газы делают эту смесь пригодной для сварки чего угодно, от углеродистой стали до нержавеющей стали, и ее можно даже использовать в качестве газа для сварки алюминия. (хорошая смесь для сварки нержавеющей стали на аппаратах MIG)

Аргон/гелий/CO2 лучше всего подходит для следующих процессов:

• Газовая дуговая сварка металлическим электродом (GMAW) на нержавеющей стали
• Дуговая сварка углеродистой стали порошковой проволокой (FCAW)
• Дуговая сварка нержавеющей стали порошковой проволокой (FCAW)

Гелий и аргон

Если вы ищете газ для сварки алюминия, то вы, вероятно, выберете смесь гелия и аргона. Помимо алюминия, он также подходит для сварки сплавов.

Почему? Хорошо, потому что смесь обеспечивает более глубокий уровень провара, а также обеспечивает широкую отделку самого сварного шва.

Мы используем этот микс чаще всего в:

• Газовая дуговая сварка (GMAW) алюминия
• Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW) нержавеющей стали или алюминия

Аргон и кислород (o2)

Эта смесь газов не подходит для нержавеющей стали, и если вы свариваете ею сталь, обычно это будет легкая сталь. Его цель — помочь в плавлении стали.

Обычно в этой аргоновой газовой смеси не содержится много кислорода, потому что в противном случае она будет слишком горячей, а сварка аргоновым газом предназначена для более тонких вещей и более тонких материалов.

Используйте смеси аргона/O2 для следующих процессов сварки и металлов:

• Газовая дуговая сварка металлическим электродом (GMAW) нержавеющих сталей
• Газовая дуговая сварка углеродистой стали (GMAW)

Аргон и водород

Если вы выполняете сварку TIG с газом, смесь водорода и аргона идеальна, когда вам нужен чистый сварной шов. Водород предотвращает попадание кислорода из воздуха в сварной шов и его окисление.

Побочным продуктом этой реакции является вода, которая быстро испаряется под действием тепла сварки. Это помогает поддерживать узкую и точную дугу, увеличивая теплопередачу.

• Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW) аустенитной стали

Азот и водород

Эта смесь имеет довольно специальное применение и представляет собой защитный газ для подготовки аустенитных (с высоким содержанием хрома и никеля с низким содержанием углерода) нержавеющих сталей.

Он обеспечивает более высокий уровень провара и ускоряет процесс сварки. Это также помогает улучшить механические свойства конечного продукта из нержавеющей стали.

Газы при кислородно-топливной сварке

Три газа ниже ацетилена, пропана и пропилена используются при кислородно-топливной сварке и чрезвычайно легко воспламеняются.

1. Ацетилен

Ацетилен очень легко воспламеняется и легко воспламеняется на воздухе. Это очень легко сделать и довольно дешево использовать.

Он сочетается с кислородом и используется в качестве источника топлива при определенных видах сварки. Он производит очень горячее пламя, способное резать или сваривать большинство металлов.

2. Пропан

Пропан также очень легко воспламеняется и легко воспламеняется в воздухе. Он более известен как СНГ (сжиженный нефтяной газ) и во многих случаях используется в качестве источника топлива.

Он обожжет кожу, если соприкоснется с ней. Удивительно, однако, что его нельзя использовать при газовой сварке, поскольку в отличие от ацетилена при сжигании в кислороде он не создает восстановительной зоны (которая очищала бы стальную поверхность при сварке).

Он используется в основном для пайки после завершения сварки.

3. Пропилен

Пропилен на самом деле не чистый газ, это смесь с кислородом. Он будет гореть при гораздо более высокой температуре, чем пропан и кислород, и полностью подходит для неструктурной сварки плавлением, пайки, нагрева и многого другого.

Однако обычно он поставляется в небольших одноразовых канистрах, которые недостаточно велики, чтобы их можно было нагревать во время сварки крупных изделий.

4. Сжатый воздух

Как и следовало ожидать, сжатый воздух — самый дешевый из газов, используемых при сварке, потому что это воздух. (Хотя его часто немного очищают). Когда вы смешиваете сжатый воздух с другим топливом, это может вызвать сильное пламя при более низкой температуре, чем пламя на кислородном топливе. Для сварщиков это означает, что они могут лучше контролировать толщину углеродного покрытия, наносимого на сварной шов.

Безопасность газовой сварки

Хранение и обращение

• Берегите цилиндры от физического повреждения, воздействия тепла и несанкционированного доступа.
• Надежно закрепите оборудование цепью, чтобы предотвратить падение.
• Хранить вдали от легковоспламеняющихся и горючих материалов.
• Храните дополнительные газовые и кислородные баллоны отдельно.
• Хранить в вертикальном положении.
• Перед перемещением закройте вентили баллонов.
• Защитные колпачки или регуляторы должны оставаться на месте.
• Для перемещения вращайте цилиндры по нижним краям — не перетаскивайте.
• Не допускайте больших движений при транспортировке.

Общие советы по безопасности при газовой сварке

• Осмотрите оборудование на наличие утечек во всех соединениях, используя утвержденный раствор для проверки на утечку.
• Осмотрите шланги на наличие утечек и изношенных мест.
• Замените неисправные шланги.
• Защитите шланги и цилиндры от искр, пламени и горячего металла.
• Подожгите пламя кремневой зажигалкой.
• Стойте в стороне (от регуляторов), когда открываете вентили баллона.
• Очень медленно открывайте вентили баллонов, чтобы внезапное высокое давление не взорвало регуляторы.
• Открывайте кран ацетиленового баллона только на ¼-¾ оборота; оставьте ключ на месте, чтобы цилиндр можно было быстро закрыть в экстренной ситуации.
• Сначала откройте и зажгите ацетилен, затем откройте и отрегулируйте кислород до нейтрального пламени.
• Следуйте рекомендациям производителя по отключению горелки. Если рекомендации недоступны, общепринятой практикой является сначала закрыть кислородный клапан.
• По завершении закройте вентили баллонов, стравите воздух из линий, чтобы сбросить давление с регуляторов, аккуратно смотайте шланги и замените оборудование.
• На месте сварки должен быть легкодоступный огнетушитель.