Сварочные газы: зачем они нужны и какие типы вы должны знать

Что такое сварочные газы?

Сварочный газ используется в ряде различных способов. К ним относятся: защита дуги от примесей, таких как воздух, пыль и другие газы; сохранение чистоты швов на нижней стороне стыка напротив дуги (или продувка); и нагрев металла. Покрывающие газы также используются для защиты металла после процесса сварки.

Газы, используемые в процессах сварки и резки, включают:

• Защитные газы, такие как углекислый газ, аргон, гелий и др.;
• Топливные газы, такие как ацетилен, пропан, бутан и др.;
• Кислород, используемый с топливными газами, а также в небольших количествах в некоторых смесях защитных газов.

В то время как традиционные сварщики-электрогазосварщики знали очень мало о газах в своей сварке, подъем MIG и TIG сварочных аппаратов за последние 70–80 лет привел к необходимости сварочного газа как обычного товара в большинстве мастерских.

Погружаясь в ведущие газы и смеси, используемые в сварочном мире, увлекательно узнавать, насколько далеко мы зашли за короткое время с момента их первого внедрения. Прогресс огромен, и то, что ждет нас в виде новых газов или новых способов их использования, вдохновляет.

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

Каков 목적 газа в сварке?

Существует ряд различных способов использования газа в сварке. Это может включать: сохранение дуги чистой от примесей (таких как пыль, другие газы, грязь и т.д.),

Также используется для поддержания стабильности дуги и обеспечения правильного переноса металла для многих сварочных процессов. Обеспечьте чистоту сварочной ванны под швом (это известно как продувка), для покрытия и нагрева также.

Если вы не используете газ правильно в сварке, вы можете получить слабый или пористый шов или обнаружить, что при сварке слишком много брызг. Брызги не портят шов, но снижают производительность, так как требуют усилий для очистки.

1. Инертные и реактивные газы

Существует два типа газа, применимых к сварке:

Инертные газы. Инертный газ — это газ, который не меняется при заданном наборе условий. Инертные газы часто используются в сварке, герметизации или маркировке в усилиях избежать нежелательных химических реакций, которые могут деградировать деталь. Эти нежелательные реакции включают окисление и гидролиз — реакции с кислородом и влагой в воздухе.

Очищенный азот и аргон наиболее часто используются как инертные газы благодаря их высокой естественной распространенности (78% N2, 1% Ar в воздухе) и относительно низкой стоимости.

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

Восстанавливающие защитные газы в сварочной технологии всегда являются смешанными газами, состоящими из аргона или азота с водородом. Аргон с водородом используется, например, в TIG-сварке нержавеющей стали. Азот и водород применяются как задне-продувающие газы. Внимание: Если доля водорода превышает 10%, его необходимо факелить из-за пожарной и взрывной опасности.

2. Защитный газ

Когда воздух попадает в дугу во время сварки, он вызывает образование пузырьков воздуха внутри расплавленного металла, создавая слабый и очень некрасивый шов. Вы не можете сварку MIG или TIG без защитного газа, если только используемый наплавной материал не является флюс-кордным или флюс-покрытым. Это служит той же цели, что и защитный газ, удерживая примеси вне, но иначе.

Большинство защитных газов инертны, что делает их идеальными для защиты сварочного процесса, так как они остаются стабильными в экстремальных условиях сварки. Они также благоприятно влияют на шов по-разному в зависимости от используемого газа, включая более глубокий прогрев, более текучесть при расплавленном состоянии и более гладкую поверхность шва.

3. Продувающий газ

Продувающие газы используются для покрытия нижней стороны материала, который вы свариваете, так же, как защитный газ, только это делается отдельно от естественного процесса шва.

Пока вы свариваете верхний край стыка, нижний край запечатывается и имеет поток газа, продувающего его. Это часто используется с изделиями из нержавеющей стали, и это может быть тот же тип газа или другой газ, чем тот, что используется на верху стыка.

4. Нагревательный газ

Определенные виды сварки, такие как газосварка и пайка, требуют газа для нагрева металла или наплавных стержней для достижения сварки. Это заменяет необходимость в дуге.

Конкретные типы сварки требуют предварительного нагрева металла перед сваркой, для чего используется этот газ. Газ представляет собой просто топливо, смешанное с воздухом или кислородом, которое зажигается пламенем для нагрева или плавления металла.

5. Покрывающий газ (бланкетинг)

Покрытие (бланкетинг) — это процесс, при котором емкости и замкнутые пространства заполняются газой после завершения, чтобы держать воздух и другие загрязнители подальше от повреждения или загрязнения готового продукта.

Иногда он используется для полного заполнения готовых проектов. В другие разы газ добавляется в заполненный воздухом бак, создавая смесь для сохранения чистоты бака от других газов или реакций.

Различные типы газа, используемые для сварки

Первые два защитных газа, аргон и гелий, инертны, в то время как другие четыре — водород, кислород, углекислый газ и азот — полуинертны.

Обязательно оцените цели вашего проекта, чтобы выбрать правильный газ для шва. Что нужно учитывать при выборе: стоимость, что подразумевает подготовка, основной материал, который вы будете сваривать, свойства готового шва и что нужно сделать при пост-сварочной очистке.

Четыре наиболее распространенных защитных газа, используемых в MIG-сварке — Аргон, Гелий, Углекислый газ и Кислород. Каждый обеспечивает уникальные преимущества и недостатки в любом данном применении.

Аргон (Ar)

Аргон обеспечивает более узкий прогрев, что удобно для стыковых и угловых швов. Он также обладает гладкой и относительно текучей дугой. Если вы собираетесь сваривать цветные металлы, такие как титан, алюминий или магний, вам придется использовать чистый аргон.

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

Если качество шва и эстетика важны, смешанные газы хороши для использования. У вас есть несколько вариантов, варьирующихся от 75–95% аргона до 5–25% CO2. Они дают лучшую стабильность дуги и уменьшают брызги по сравнению с 100% CO2.

Смешанные газы также могут использоваться в процессе распыляемого переноса, который, в свою очередь, обеспечивает более эстетично выглядящие швы и повышенную производительность. Смеси Аргон/CO2 хороши для сварки низколегированных, некоторых нержавеющих сталей и углеродистых металлов. Однако помните, что более высокие уровни CO2 могут вызывать увеличение брызг.

Гелий (He)

Обычно используется на цветных металлах, гелий также может использоваться на нержавеющей стали. Он хорошо работает с толстыми металлами благодаря своим способностям к широкому и глубокому прогреву. Обычно используется в соотношении 25–75% гелия к 75–25% аргона.

Настраивая эти соотношения, вы можете изменять прогрев и профиль шва. При использовании на нержавеющих сталях гелий обычно используется в три-миксе 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 высокие скорости сварки и, таким образом, повышенную производительность. Однако гелий дороже и требует более высокого расхода, чем аргон. Важно взвесить ценность повышения производительности против увеличения стоимости газа при рассмотрении использования гелия.

Углекислый газ (CO2)

CO2, безусловно, самый распространенный и один из немногих газов, которые могут использоваться в чистом виде без добавления инертного газа, такого как аргон или гелий. Благодаря этому CO2 — самый экономичный вариант и хороший выбор, если стоимость проекта приоритетна.

Чистый CO2, также известный как 100% CO2, обеспечивает глубокий прогрев шва, что удобно при необходимости сваривать толстые материалы. Однако чистый CO2 ограничен только процессом короткого замыкания и дает менее стабильную дугу, а также больше брызг, чем в смеси с другими газами (также известными как «смешанные газы»).

Чистый CO2 хорош для проектов, где эстетика шва либо не важна, либо шов не виден, например, на днище автомобиля. Пост-сварочная очистка также немного более затратна.

Кислород (O2)

Реактивный газ, кислород обычно используется в небольших количествах при добавлении к защитным газам, обычно между 1–9%. Это улучшает текучесть сварочной ванны, а также стабильность дуги и прогрев в нержавеющей стали, мягком углероде и низколегированных металлах.

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

Смеси Кислород/Аргон обычно используются на нержавеющей стали и обычных углеродистых металлах. Они дают стабильную дугу с ограниченными брызгами. Однако более высокие уровни кислорода могут затруднить сварку в неудобных положениях из-за того, что увеличивают текучесть ванны.

Азот (N)

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

Азот используется как продувающий газ для сварки труб из нержавеющей стали. Добавленный в аргон в небольших количествах, он также может использоваться как защитный газ для нержавеющей стали.

Водород (H)

При добавлении к аргону водород обеспечивает более глубокий прогрев и более высокие скорости сварки. Смесь водорода, аргона и углекислого газа может улучшить прогрев шва. Однако при неправильном использовании водород может вызвать пористость.

Водород служит защитным газом в высокотемпературных приложениях, таких как нержавеющая сталь. Он часто смешивается с аргоном для использования на аустенитной нержавеющей стали.

Различные типы смешанных газов, используемых в сварке

Аргон и CO2

Самая распространенная смесь газа для защиты в сварке — это смесь CO2 и Аргона. Она может варьироваться от 95% – 80% Аргона и 5% – 20% CO2. В большинстве приложений это создает приятно гладкий шов и держит количество брызг на минимуме.

Чем толще сталь, которую вы хотите сварить, тем больше Диоксида углерода требуется в смеси, и чем тоньше, тем больше Аргона нужно.

Сварщики используют эти газовые смеси в:

• Газометаллической дуговой сварке (GMAW) на углеродистой стали;
• Сварке флюс-кордной проволокой (FCAW) на углеродистой стали;
• Сварке флюс-кордной проволокой (FCAW) на нержавеющей стали.

Аргон, CO2 и Кислород

Если вы ищете немного больше текучести в сварочной ванне, вы, вероятно, ищете смесь Аргон, CO2 и Кислород. Вы получаете довольно похожие свойства на готовый шов, как у смеси Аргон, Углекислый газ.

Однако, помимо улучшенной текучести, это также может улучшить скорость сварки и сделать сварщика гораздо более продуктивным. Мы используем это в следующих процессах:

• Газометаллическая дуговая сварка (GMAW) на углеродистой стали;
• Газометаллическая дуговая сварка (GMAW) на нержавеющей стали в некоторых случаях.

Аргон, Гелий, CO2

Существует широкий спектр различных смесей, когда ваш выбранный сварочный газ — это смесь Аргон, Гелий, Углекислый газ. В зависимости от того, для чего он будет использоваться, смесь будет доминировать либо Гелием, либо Аргоном.

Используемые газы делают эту смесь подходящей для сварки чего угодно — от углеродистой стали до нержавеющей стали, и ее даже можно использовать как газ для сварки алюминия (хорошая смесь для сварки нержавеющей стали на MIG-машинах).

Аргон/Гелий/CO2 лучше всего для следующих процессов:

• Газометаллическая дуговая сварка (GMAW) на нержавеющей стали;
• Сварка флюс-кордной проволокой (FCAW) на углеродистой стали;
• Сварка флюс-кордной проволокой (FCAW) на нержавеющей стали.

Гелий и Аргон

Если вы ищете газ для сварки Алюминия, вы, вероятно, выберете Гелий и Аргон, смешанные вместе. Помимо Алюминия, он также подходит для сварки сплавов.

Почему? Ну, потому что смесь обеспечивает более глубокий уровень прогрева и также дает широкую отделку на самом шве.

Мы используем эту смесь чаще всего в:

• Газометаллическая дуговая сварка (GMAW) на алюминии;
• Газово-вольрамовая дуговая сварка (GTAW) на нержавеющей стали или алюминии.

Аргон и Кислород (O2)

Эта смесь газов не подходит для нержавеющей стали, и если вы свариваете сталь с ней — это обычно тонколистовая сталь. Ее цель — помочь с сплавлением материала стали.

Обычно вы не найдете много Кислорода в этой аргоновой смеси, потому что иначе она будет гореть слишком горячо, а аргоновая сварка предназначена для более тонких вещей и более тонких материалов.

Используйте смеси аргон/O2 для следующих сварочных процессов и металлов:

• Газометаллическая дуговая сварка (GMAW) на нержавеющих сталях;
• Газометаллическая дуговая сварка (GMAW) на углеродистой стали.

Аргон и Водород

Если вы делаете TIG-сварку с газом, смесь Водорода и Аргона идеальна, когда вам нужен чистый шов. Водород предотвращает попадание любого кислорода в воздухе в шов и вызов окисления.

Продукт отхода этой реакции — вода, которая быстро испаряется под теплом сварки. Это помогает поддерживать узкую и точную дугу, увеличивая передачу тепла.

• Газово-вольрамовая дуговая сварка (GTAW) на аустенитной стали.

Азот и Водород

Эта смесь имеет довольно специализированное применение и является защитным газом для подготовки аустенитных (то есть высоких в хроме и никеле с низким углеродом) нержавеющих сталей.

Она обеспечивает более высокий уровень прогрева, одновременно ускоряя сварочный процесс. Она также помогает улучшить механические свойства конечного продукта из нержавеющей стали.

Газы в кислородно-топливной сварке

Три газа ниже — ацетилен, пропан и пропилен — используются в кислородно-топливной сварке и крайне легковоспламеняемы.

1. Ацетилен

Ацетилен очень легковоспламеняем и он высоко горюч в воздухе. Его очень легко производить и довольно дешево использовать.

Он комбинируется с кислородом и используется как источник топлива в определенных типах сварки. Он производит очень горячее пламя, способное резать или сваривать большинство металлов.

2. Пропан

Пропан также очень легковоспламеняем и высоко горюч в воздухе. Он лучше известен как СПГ (Сжиженный нефтяной газ) и используется как источник топлива во многих контекстах.

Он обожжет кожу при контакте с ней. Удивительно, однако, он не может использоваться в газосварке, потому что, в отличие от ацетилена, когда вы горите его в кислороде, он не создает восстанавливающую зону (которая бы очищала стальную поверхность при сварке).

Он используется в основном для пайки после завершения сварки.

3. Пропилен

Пропилен на самом деле не является чистым газом, это смесь с Кислородом. Он горит при гораздо более высокой температуре, чем Пропан и Кислород, и полностью подходит для неструктурной плавящей сварки, пайки, нагрева и многого другого.

Однако он обычно поставляется в маленьких одноразовых баллончиках, которые не достаточно большие, чтобы обеспечить нагрев при сварке крупных изделий.

4. Сжатый воздух

Как вы можете ожидать, сжатый воздух — самый дешевый из газов, используемых в сварке, потому что это воздух. (Хотя он часто немного очищается). Когда вы смешиваете сжатый воздух с другим топливом, он может производить сильное пламя при более низкой температуре, чем окси-топливное пламя. Для сварщиков это означает, что они могут получить больший контроль над толщиной углеродного покрытия, наносимого на шов.

Безопасность при газосварке

Хранение и манипулирование

• Держите баллоны вдали от физических повреждений, тепла и несанкционированного доступа.
• Надежно закрепляйте оборудование цепями, чтобы предотвратить падение.
• Храните вдали от легковоспламеняющихся и горючих материалов.
• Храните лишние баллоны с газом и кислородом раздельно.
• Храните в вертикальном положении.
• Закрывайте клапаны баллонов перед перемещением.
• Защитные колпаки или редукторы должны оставаться на месте.
• Катайте баллоны по нижним кромкам для перемещения — не тащите.
• Допускайте минимальное движение при транспортировке.

Общие советы по безопасности газосварки

• Проверяйте оборудование на утечки во всех соединениях с использованием утвержденного раствора для проверки утечек.
• Проверяйте шланги на утечки и изношенные места.
• Заменяйте плохие шланги.
• Защищайте шланги и баллоны от искр, пламени и горячего металла.
• Используйте кременный зажигатель для поджигания пламени.
• Стойте сбоку (далеко от редукторов) при открытии клапанов баллонов.
• Открывайте клапаны баллонов очень медленно, чтобы избежать внезапного высокого давления, взрывающего редукторы.
• Открывайте клапан ацетиленового баллона только на ¼–¾ оборота; оставляйте ключ на месте, чтобы баллон можно было быстро закрыть в чрезвычайной ситуации.
• Сначала откройте и подожгите ацетилен, затем откройте и настройте кислород на нейтральное пламя.
• Следуйте рекомендациям производителя для выключения горелки. Если рекомендации недоступны, общепринятая практика — сначала закрыть клапан кислорода.
• Когда закончите, закройте клапаны баллонов, сбросьте давление в линиях, чтобы снять нагрузку с редукторов, аккуратно намотайте шланги и уберите оборудование.
• Имейте огнетушитель в легкой доступности на месте сварки.