Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор)
Проанализированы основные сварочно-технологические свойства защитных чистых газов и газовых смесей при сварке различных материалов плавящимся и неплавящимся электродом. Подчеркнуто, что знание свойств компонентов защитных газов позволяет сделать их рациональный выбор с точки зрения оптимизации проц...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102104 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) / Б.Е Патон., С.Т. Римский, В.И. Галинич // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 17-24. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102104 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Патон, Б.Е. Римский, С.Т. Галинич, В.И. 2016-06-10T12:58:27Z 2016-06-10T12:58:27Z 2014 Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) / Б.Е Патон., С.Т. Римский, В.И. Галинич // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 17-24. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102104 [621.791.754: 669. 15-194.2]: 669.785 Проанализированы основные сварочно-технологические свойства защитных чистых газов и газовых смесей при сварке различных материалов плавящимся и неплавящимся электродом. Подчеркнуто, что знание свойств компонентов защитных газов позволяет сделать их рациональный выбор с точки зрения оптимизации процесса сварки, повышения показателей качества и служебных характеристик сварных изделий, улучшения условий труда и повышения его производительности, а также обеспечения экологической безопасности работ. На основании приведенных данных сделан вывод, что в ближайшем и более отдаленном будущем этот способ останется одним из ведущих технологических процессов соединения материалов. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Процессы дуговой сварки. Металлургия Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) Application of shielding gases in welding production (Review) Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) |
| spellingShingle |
Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) Патон, Б.Е. Римский, С.Т. Галинич, В.И. Процессы дуговой сварки. Металлургия |
| title_short |
Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) |
| title_full |
Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) |
| title_fullStr |
Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) |
| title_full_unstemmed |
Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) |
| title_sort |
применение защитных газов в сварочном производстве (обзор) |
| author |
Патон, Б.Е. Римский, С.Т. Галинич, В.И. |
| author_facet |
Патон, Б.Е. Римский, С.Т. Галинич, В.И. |
| topic |
Процессы дуговой сварки. Металлургия |
| topic_facet |
Процессы дуговой сварки. Металлургия |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Application of shielding gases in welding production (Review) |
| description |
Проанализированы основные сварочно-технологические свойства защитных чистых газов и газовых смесей при сварке различных материалов плавящимся и неплавящимся электродом. Подчеркнуто, что знание свойств компонентов
защитных газов позволяет сделать их рациональный выбор с точки зрения оптимизации процесса сварки, повышения
показателей качества и служебных характеристик сварных изделий, улучшения условий труда и повышения его производительности, а также обеспечения экологической безопасности работ. На основании приведенных данных сделан вывод,
что в ближайшем и более отдаленном будущем этот способ останется одним из ведущих технологических процессов
соединения материалов.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102104 |
| citation_txt |
Применение защитных газов в сварочном производстве (Обзор) / Б.Е Патон., С.Т. Римский, В.И. Галинич // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 17-24. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT patonbe primeneniezaŝitnyhgazovvsvaročnomproizvodstveobzor AT rimskiist primeneniezaŝitnyhgazovvsvaročnomproizvodstveobzor AT galiničvi primeneniezaŝitnyhgazovvsvaročnomproizvodstveobzor AT patonbe applicationofshieldinggasesinweldingproductionreview AT rimskiist applicationofshieldinggasesinweldingproductionreview AT galiničvi applicationofshieldinggasesinweldingproductionreview |
| first_indexed |
2025-11-25T21:40:36Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:40:36Z |
| _version_ |
1850560081403314176 |
| fulltext |
176-7/2014
Процессы дуговой сварки. Металлургия
УДК [621.791.754: 669. 15-194.2]: 669.785
применение Защитных ГаЗОв
в сварОчнОм прОиЗвОДстве (Обзор)
Б. Е. ПАТОН, С. Т. РИМСКИЙ, В. И. ГАЛИНИЧ
иэс им. е. О. патона нанУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev/ua
проанализированы основные сварочно-технологические свойства защитных чистых газов и газовых смесей при свар-
ке различных материалов плавящимся и неплавящимся электродом. подчеркнуто, что знание свойств компонентов
защитных газов позволяет сделать их рациональный выбор с точки зрения оптимизации процесса сварки, повышения
показателей качества и служебных характеристик сварных изделий, улучшения условий труда и повышения его произво-
дительности, а также обеспечения экологической безопасности работ. на основании приведенных данных сделан вывод,
что в ближайшем и более отдаленном будущем этот способ останется одним из ведущих технологических процессов
соединения материалов. библиогр. 34, табл. 3, рис. 3.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, плавящийся и неплавящийся электроды, чистые газы, составы смесей газов,
способы сварки, области применения, свариваемые материалы
разработки дуговых способов сварки в активных
защитных газах плавящимся и неплавящимся
электродом начались в институте электросвар-
ки им. е. О. патона в 30-х гг. прошлого века и не
прекращаются до сих пор. развитие и широкое
промышленное применение сварки в активных за-
щитных газах активизировалось после того, как в
ссср впервые в мире был предложен и разрабо-
тан способ сварки в углекислом газе плавящимся
электродом [1]. До этого препятствием для при-
менения углекислого газа в качестве защитной ат-
мосферы прежде всего являлось порообразование
в швах. причиной пористости было кипение ме-
талла сварочной ванны от выделения монооксида
углерода вследствие недостаточной ее раскислен-
ности. применение сварочных проволок с повы-
шенным содержанием кремния типа св-08Гс и
св-08Г2с устранило этот недостаток [2] и дало
возможность широко использовать углекислый
газ в сварочном производстве.
в дальнейшем работы, выполненные в иэс
им. е. О. патона, позволили определить условия,
обеспечивающие возможность активного воздей-
ствия на характер изменения физических процес-
сов в разрядном промежутке. в результате был
разработан новый способ импульсно-дуговой
сварки (иДс) плавящимся электродом в защит-
ных газах с программным управлением образова-
нием каждой капли плавящегося электрода и, как
следствие, размерами и формой сварного шва во
всех пространственных положениях [3, 4]. им-
пульсное повышение тока дуги существенно влия-
ет на характер протекания дугового разряда и улуч-
шает его стабильность, что позволяет значительно
уменьшить нижний предел сварочного тока, под-
держивающего горение дуги. например, при свар-
ке алюминия в аргоне проволокой диаметром 1,6 мм
устойчивый процесс иДс можно получить при то-
ках около 30 а вместо 110…120 а. нижний предел
тока при сварке нержавеющей стали в аргоне про-
волокой диаметром 2,0 мм составляет 130 а вме-
сто 250…280 а при обычной сварке стационарной
дугой. при этом во всех случаях наблюдается мел-
кокапельный перенос электродного металла, что не
только позволяет производить сварку во всех про-
странственных положениях, но и упростить и облег-
чить сварочную аппаратуру для механизированной
сварки различных материалов, снизить потери ме-
талла на угар и разбрызгивание, обеспечить высокие
механические свойства металла шва и улучшить его
формирование [3, 5].
разработки иэс им. е. О. патона в области ду-
говых способов сварки привлекают пристальное
внимание ученых и практиков других стран и, в
частности, являются базой для разработки раци-
ональных составов защитных газовых сред и тех-
нологии изготовления конструкций ответственно-
го назначения.
развитие сварки плавлением как одного из
важнейших технологических процессов в про-
мышленности и строительстве тесно связано с
разработкой способов защиты расплавленного ме-
талла от воздуха. новые перспективы применения
способа сварки сталей в активных защитных газах
открыло использование смесей аргона с окисли-
тельными газами сО2 и О2. наибольшее распро-
странение получили смеси Ar + CO2, Ar + CO2 +
+ O2 и Ar + O2. в зависимости от класса сварива-
емых сталей в составе смесей газов на основе ар-
гона может присутствовать 0,5…8 % О2 и 3…25 %
сО2 [6].
© б. е. патон, с. т. римский, в. и. Галинич, 2014
18 6-7/2014
Конференция «Сварочные материалы»
применение окислительных газовых смесей на
основе аргона при сварке плавящимся электродом
позволило устранить или свести к минимуму мно-
гие из общеизвестных недостатков, свойственных
процессу сварки в чистом сО2, в частности, обе-
спечить значительное снижение разбрызгивания и
набрызгивания электродного металла, улучшить
формирование швов, уменьшить удельный расход
электродной проволоки на единицу длины шва
[7], повысить механические свойства металла шва
и его стойкость к зарождению и распространению
хрупких разрушений [8].
с большим успехом во многих странах приме-
няются автоматы и полуавтоматы для сварки дета-
лей массового производства в среде защитных га-
зов, разработанные в иэс им. е. О. патона [3–5],
благодаря чему производительность сварочного
оборудования увеличилась в среднем в 3...4 раза и
значительно повысилось качество изделий.
промышленное применение дуговой сварки пла-
вящимся электродом в защитных газах постоянно
расширяется, и есть все основания полагать, что
это будет происходить и в будущем. анализ лите-
ратурных данных [7, 9–13] показывает, что дуговая
сварка в защитных газах доминирует среди других
способов сварки плавлением, причем, сохраняется
тенденция замены ручной сварки штучными элек-
тродами механизированными способами. с этой
точки зрения перспективными отраслями, где ос-
ваиваются новые виды металлоемкой продукции
и ожидаются связанные с этим инвестиции, явля-
ются автомобильная, авиационная промышлен-
ность, скоростной железнодорожный транспорт
и, в меньшей степени, судостроение. изменения
в номенклатуре свариваемых материалов, требо-
вания к обеспечению высокого качества сварных
соединений и конструкций, повышению произво-
дительности сварочных работ и приемлемых по-
казателей сварочных процессов с точки зрения ги-
гиены и экологии являются главными факторами,
влияющими на объемы использования и ассорти-
мент применяемых защитных газов.
типичная структура себестоимости сварочных
работ при сварке в защитных газах плавящим-
ся электродом состоит из затрат на защитный газ
(5 %) и проволоку (15 %) , а оплата труда состав-
ляет 80 % [14, 15]. в связи с этим использование
более дорогого защитного газа (например, смеси
газов на основе аргона вместо сО2) вполне оправ-
дано, поскольку обеспечиваемое в результате та-
кой замены повышение производительности труда
(т. е. снижение затрат на зарплату сварщиков) ком-
пенсирует повышение стоимости защитного газа.
наряду с технологическими и экономическими
преимуществами процесс сварки в смесях газов
на основе аргона характеризуется улучшенными
гигиеническими и экологическими показателями
по сравнению со сваркой в сО2, т. к. в зоне дыха-
ния сварщика и воздухе рабочих помещений вы-
деляется меньше пыли и токсичных газов [16, 17].
благодаря снижению уровня вредных выбросов при
сварке и, следовательно, заболеваемости рабочих
появляется возможность уменьшить интенсивность
общеобменной и местной вентиляции, т. е. установ-
ленных мощностей вентиляционных установок и
соответственно затрат на электроэнергию и обслу-
живание. несколько более высокий уровень удель-
ных выделений озона при сварке в аргоновых сме-
сях не является препятствием для применения этого
процесса, поскольку соблюдение оптимальных ре-
жимов сварки и использование обычных средств за-
щиты обеспечивают концентрацию озона в зоне ды-
хания сварщика ниже уровня предельно допустимой
концентрации [18].
применение в качестве защитного газа смесей
аргона с окислительными газами О2 и сО2 позво-
ляет устранить многие технологические недостат-
ки, присущие процессу сварки в чистом аргоне
и углекислом газе, расширив тем самым область
применения механизированной сварки плавящим-
ся электродом. Опыт, накопленный в иэс им.
е. О. патона и за рубежом, показывает, что таки-
ми защитными смесями являются Ar + O2, Ar +
+ сO2 и Ar + O2 + CO2, которые применяются в
основном при сварке сталей. способы сварки и
составы защитных газов, используемые для свар-
ки различных материалов, приведены в табл. 1.
Указанные в этой таблице чистые газы и их
смеси обладают рядом важных сварочно-техноло-
гических свойств.
Диоксид углерода долгое время преимуще-
ственно использовали в странах восточной ев-
ропы и развивающихся странах благодаря его
относительно низкой стоимости и доступности.
Однако такие существенные недостатки сварки в
сО2 серийными кремнемарганцевыми проволо-
ками, как повышенный уровень разбрызгивания
и набрызгивания электродного металла, узкое и
глубокое проплавление основного металла с вы-
соким валиком, не всегда удовлетворительные ме-
ханические свойства металла шва и особенно его
ударной вязкости при отрицательных температу-
рах стали причиной того, что в последнее время и
в этих странах наблюдаются устойчивые тенден-
ции к вытеснению сО2 смесями газов на основе
аргона в тех отраслях, где уделяется повышенное
внимание к показателям качества металла шва и
сварных соединений. среди промышленно разви-
тых стран только в Японии сохраняются устой-
чиво высокие объемы применения сварки в сО2
(около 70 % общего объема сварочных работ, вы-
полняемых механизированной сваркой в защит-
196-7/2014
Процессы дуговой сварки. Металлургия
ных газах) [19]. поскольку это страна с весьма
ограниченными энергетическими ресурсами, то,
по-видимому, повышенная энергоемкость произ-
водства аргона по сравнению с сО2 является ос-
новной причиной того, что работы по уменьше-
нию недостатков процесса сварки в сО2 в Японии
ведутся в направлении совершенствования источ-
ников питания или использования новых свароч-
ных проволок как сплошного сечения, так и по-
рошковых [19].
необходимо отметить, что процесс сварки в
сО2 весьма чувствителен к изменениям параме-
тров режимов. Для удовлетворительного фор-
мирования швов и снижения потерь металла на
разбрызгивание сварку в сО2 предпочтитель-
нее производить проволокой малого диаметра
(0,8…1,4 мм) или на малых (с короткими замы-
каниями) и больших токах (погруженной дугой),
минуя средние режимы, на которых отмечается
максимальное разбрызгивание. например, для
проволоки диаметром 2,0 мм неблагоприятные ре-
жимы находятся в диапазоне 280 а ≤ Iсв ≤ 400 а,
28 в ≤ Uд ≤ 32 в. К сожалению, такие рекомен-
дации трудно выполнить на практике, поскольку
в производственных условиях для обеспечения
высокой производительности и оптимального те-
Т а б л и ц а 1 . Защитные чистые газы и газовые смеси для сварки различных материалов
состав, об. %. способ
сварки
Область
примене-
ния*
свариваемый материал
Ar He CO2 O2 H2 N2
Чистые газы
100 - - -
- - тиГ ●
медь, алюминий, титан, молибден и другие
цветные, активные и тугоплавкие металлы и их
сплавы, низко- и высоколегированные коррози-
онностойкие хромоникелевые стали
- - миГ ▼ цветные металлы и хромоникелевые стали
- 100 - - - - тиГ ○ медь, алюминий и другие цветные металлы и
сплавы
- - 100 -
- -
маГ
● Углеродистые и низколегированные стали
- - ▼ нержавеющие стали
- - - - - 100 маГ ▼ медь и медные сплавы
Двухкомпонентные смеси
70 30 - - - - тиГ ▼ алюминий и другие цветные металлы, низко- и
высоколегированные хромоникелевые стали
96…98 - - 2…4 - - маГ ▼ низко- и высоколегированные стали
90…92 - - 8…10 - - маГ ○ Углеродистые и низколегированные стали
97...98 - 2...3 - - -
маГ ●
легированные и высоколегированные стали
75...90 - 10...25 - - - Углеродистые и низколегированные стали
90...95 -- - - 5...10 - миГ ▼ высоколегированные хромоникелевые стали
85...90 - - - - 10...15 миГ ▼ медь и медные сплавы
Трехкомпонентные смеси
50...69 30...45 - 1...5 - - маГ ▼ высоколегированные хромоникелевые стали
55...67 30...40 3...5 - - - маГ ▼ высоколегированные хромоникелевые стали по-
вышенной прочности
70...87 - 10...25 3...5 - - маГ ● Углеродистые и низколегированные стали
65 25 - - 10 - маГ ▼ высоколегированные коррозионностойкие хро-
моникелевые стали
60 30 - - - 10 миГ ▼ медь и медные сплавы
Четырехкомпонентные смеси
76 20 3 - 1 - маГ ○ высоколегированные коррозионностойкие хро-
моникелевые стали
65 26,5 8 0,5 - - маГ
tIME ▼
марганцовистые низколегированные мелкозер-
нистые стали повышенной прочности и хромо-
никелевые стали
* ● — широко применяются; ▼ — ограничено; ○ — редко.
20 6-7/2014
Конференция «Сварочные материалы»
пловложения при сварке металлов средних тол-
щин требуются именно средние токи и проволоки
диаметром 1,0…1,2 мм.
Аргон является наиболее широко используе-
мым компонентом защитных газовых смесей пре-
имущественно при сварке тиГ цветных, актив-
ных и тугоплавких металлов (Cu, Al, Ni, Mo и др.)
и их сплавов, а также легированных и высоколе-
гированных сталей. сварка миГ в аргоне углеро-
дистых и низколегированных сталей не находит
заметного применения вследствие неудовлетво-
рительного переноса электродного металла через
дугу и образования подрезов при ее блуждании
по поверхности металла. при этом сварные швы
склонны к образованию пор, вызываемых азотом,
водородом и окисью углерода. низкий потенци-
ал ионизации аргона (15,75 эв) обеспечивает ста-
бильное горение дуги при низком напряжении, об-
легчает ее возбуждение и повышает устойчивость.
плазма дуги в аргоне имеет высокоэнергетиче-
скую внутреннюю сердцевину и наружную зону с
меньшим уровнем выделяемой энергии, что при-
водит к нежелательному образованию пальце-
образной формы проплавления (рис. 1, г) [20].
Гелий из газов, применяемых при сварке, по
плотности (0,178 кг/м3) занимает второе место по-
сле водорода (0,083 кг/м3). по сравнению с арго-
ном (1,784 кг/м3) гелий имеет более высокую те-
плопроводность, что обеспечивает равномерное
распределение энергии по сечению столба дуги,
позволяющее получать глубокое и широкое про-
плавление параболической формы, небольшое
усиление шва с плавным переходом к основному
металлу. из-за высокого потенциала ионизации
гелия (24,58 эв) нужно поддерживать повышен-
ное напряжение дуги по сравнению со сваркой в
аргоне при той же длине дуги и сварочном токе.
поэтому гелий, как правило, применяется в сме-
сях с аргоном при сварке алюминия и других ма-
териалов в тех случаях, когда требуется высокая
концентрация нагрева в зоне сварки.
Долгое время мировой рынок гелия был не-
большим и стабильным. Однако благодаря новым
разработкам технологии сварки в защитных газах
открылись перспективы расширения объемов его
применения. это связано с использованием высо-
копроизводительных процессов сварки различных
материалов в гелийсодержащих газовых смесях,
например, Ar + He, Ar + He + CO2 [9–12, 21–23],
а также сварки дугой прямого действия металли-
ческим электродом в ионизированных защитных
газах с высокой плотностью энергии (процесса
tIME от англ. transferred ionized molten energy)
[24, 25]. использование таких процессов, предус-
матривающих применение защитного газа повы-
шенной стоимости, особенно актуально для стран
с высоким уровнем оплаты труда в промышленно-
сти, поскольку повышение стоимости защитного
газа компенсируется уменьшением доли зарплаты
в общей себестоимости сварочных работ за счет
заметного повышения производительности труда
сварщика.
Кислород как один из компонентов защит-
ных газовых смесей используется в небольших
количествах (от долей процента до нескольких
процентов) для активации металлургических
процессов при сварке сталей, а также может при-
сутствовать как примесь в количестве 3…5 об.%
при использовании в качестве одной из состав-
ляющих смеси т. н. сырого аргона (т. е. очищен-
ного в достаточной степени от примеси азота и
других газов в процессе производства на установ-
ке по разделению воздуха, но не очищенного от
кислорода).
Смеси Ar + O2. Улучшить процесс сварки и из-
бавиться от некоторых недостатков, связанных с
применением чистого аргона, можно путем добав-
ки к нему кислорода. Добавка к аргону 3…5 % О2
и применение сварочной проволоки, легирован-
ной кремнием и марганцем, позволяет повысить
стойкость к образованию пор в швах на спокой-
ной, полуспокойной и кипящей стали. наличие в
аргоне кислорода практически не изменяет форму
дуги, однако значительно улучшает стабильность
ее горения и благоприятно влияет на характер пе-
реноса электродного металла, а вследствие сниже-
ния его поверхностного натяжения число капель,
переносимых в единицу времени, возрастает.
мелкокапельный (струйный) перенос достигает-
ся при более низком значении сварочного тока
по сравнению с применением чистого аргона при
практически полном отсутствии разбрызгивания.
содержание кислорода в смеси Ar + O2 может
изменяться от 0,5 до 5,0 %. Для сварки углеро-
дистых и низколегированных сталей оптималь-
ное содержание кислорода в смеси составляет
3…5 %. эта смесь обеспечивает хороший внеш-
ний вид швов и высокий уровень механических
свойств металла шва, особенно ударной вязкости
при отрицательных температурах. при содержа-
нии более 5 % кислорода резко возрастают по-
тери легирующих элементов, а технологические
характеристики процесса сварки остаются без из-
менений. вместе с тем смесь Ar + O2 так же, как
и чистый сО2, неприменима при сварке неплавя-
щимся электродом ввиду разрушения последнего
и загрязнения металла шва оксидами вольфрама.
смеси Ar + O2, содержащие минимальное ко-
личество кислорода (1…2 %), имеют ограничен-
ное применение при сварке ферритных сталей и в
основном используются для сварки аустенитных
сталей. это можно объяснить тем что, во-пер-
216-7/2014
Процессы дуговой сварки. Металлургия
вых, их получают путем смешивания дорогосто-
ящих чистых газов и, во-вторых, смеси с малым
содержанием кислорода имеют те же недостатки
при сварке, что и чистый аргон (узкое проплавле-
ние основного металла в корне шва, низкая стой-
кость швов к порообразованию, блуждание дуги
по свариваемым кромкам, приводящее к подрезам
и несплавлениям, интенсивное тепловое и свето-
вое излучение дуги, выделение озона в зоне ды-
хания сварщика выше допустимой концентрации).
все эти недостатки особенно четко проявляются
при сварке со струйным переносом и достаточно
длинной дугой, поэтому применение аргоно-кис-
лородной смеси с малыми добавками кислорода
для сварки углеродистых и низколегированных
сталей экономически и технически не оправдано.
Смеси Ar + CO2. применение смесей этих га-
зов было вызвано стремлением найти защитную
среду, которая сочетала бы преимущества аргона,
углекислого газа и аргоно-кислородной смеси.
Форма дуги и характер переноса электродного
металла при сварке в смесях Ar + CO2 существен-
но зависят от состава смеси. при одном и том же
режиме сварки в смесях с различным содержани-
ем сО2 перенос электродного металла может быть
капельным без коротких замыканий (рис. 1, а) или
с короткими замыканиями дугового промежутка
(рис. 1, ж), мелкокапельным (рис. 1, в) и струйным
(см. рис. 1, г). при содержании 20 % CO2 и более
при токах выше критического значения форма про-
плавления основного металла изменяется и паль-
цеобразный провар (см. рис. 1, г) исчезает. при со-
держания в смеси свыше 35…40 % CO2 процесс во
многом похож на сварку в чистом CO2, однако уро-
вень разбрызгивания при этом ниже.
Улучшение формирования шва при примене-
нии смесей Ar + 20…25 % CO2 наблюдается в ши-
роком диапазоне режимов. высота усиления за-
метно меньше, чем при сварке в CO2, валик имеет
плавный переход к основному металлу, а в диа-
пазоне токов, при которых происходит струйный
(мелкокапельный) перенос, формируется мелко-
чешуйчатая поверхность, как на швах, сваренных
под флюсом (рис. 2). благоприятная форма шва,
малая высота усиления и пониженный уровень
потерь электродного металла на разбрызгивание
обеспечивают заметное уменьшение расхода элек-
тродной проволоки на единицу длины шва.
рекомендации по оптимальному составу сме-
сей Ar + CO2 зарубежных фирм, производящих
газовые смеси, противоречивы. по-видимому,
это обусловлено в основном жесткой борьбой
за рынки сбыта и патентными соображениями, а
также различиями в химическом составе приме-
няемых сталей и сварочных проволок. в европе
широко рекламируется смесь Ar + 10...15 % CO2
[9, 11, 12]. Однако накопленный опыт показал, что
оптимальной следует считать смесь Ar + 20 % CO2,
которая обладает наилучшим сочетанием техноло-
гических и металлургических свойств. при ее при-
менении можно избежать характерной для аргона
пальцеобразной формы провара, приводящей к не-
сплавлениям и порам, а также типичного для угле-
кислого газа узкого и глубокого провара, опасного с
точки зрения образования трещин в швах.
соединения конструкционных сталей, сварен-
ные в защитных газовых смесях на основе арго-
на стандартными проволоками, обычно применя-
емыми для сварки в сО2 (св-08Г2с и св-08Гс по
ГОст 2246–70), отличаются высокими показате-
лями механических свойств (табл. 2) [7]. Особен-
но следует отметить значения ударной вязкости
металла швов при отрицательных температурах,
а также показатели стойкости металла швов, сва-
ренных в смеси Ar + CO2, к зарождению и разви-
тию хрупкого разрушения [8]. Улучшение механи-
ческих и служебных свойств швов и соединений,
выполненных в смесях на основе аргона, происхо-
дит в результате снижения содержания кислорода
в швах, образования благоприятной микрострук-
туры металла с преобладанием игольчатого фер-
рита и удовлетворительного формирования швов.
показатели хладо- и трещиностойкости швов на
уровне значений для соединений, сваренных при
повышенном удельном тепловложении с исполь-
зованием аргоновых смесей, невозможно полу-
чить при сварке в сО2 в аналогичных условиях
(рис. 3) [7, 26, 27]. в целом наши данные и резуль-
таты, опубликованные другими исследователями
[17, 28], свидетельствуют о том, что показатели
рис. 1. влияние типа переноса электродного металла на форму проплавления по классификации мис [20]: а — капельный;
б — крупнокапельный; в — мелкокапельный; г — струйный; д — струйно-вращательный; е — со взрывом капли; ж — с ко-
роткими замыканиями
22 6-7/2014
Конференция «Сварочные материалы»
механических свойств металла швов, выполнен-
ных в газовых смесях на основе аргона, соответ-
ствуют требованиям, предъявляемым к соедине-
ниям и конструкциям, работающим в условиях
отрицательных температур, динамических нагру-
зок и других неблагоприятных факторов.
недостатком смеси Ar + CO2 является ее вы-
сокая цена по сравнению с чистым сО2 и смесью
Ar + O2. Обусловлено это тем, что смесь получают
из чистых газов и в отличие от аргоно-кислород-
ной смеси ее нельзя получить непосредственно
при разделении воздуха на воздухоразделитель-
ных установках. технически и технологически
приемлемым способом удешевления аргоновых
смесей с сО2 является использование в качестве
исходного компонента «сырого аргона», содержа-
щего до 5 % О2.
Смеси Ar + O2 + CO2 получили широкое распро-
странение в Германии и великобритании [9, 11, 12,
14]. смесь «Coxogen» (Ar + 5 % O2 + 15 % CO2) об-
ладает меньшей окислительной способностью
и лучшими технологическими свойствами, чем
чистый сО2. при сварке углеродистых и низко-
легированных сталей проволокой, раскисленной
марганцем и кремнием, достигаются такие пре-
имущества по сравнению со сваркой в сО2, как
меньшее разбрызгивание электродного металла,
лучший внешний вид шва, пониженная склон-
ность швов к образованию пор и горячих трещин.
механические свойства металла шва и сварного
соединения такие же, как при сварке в смеси Ar +
+ 20…25 % CO2, а ударная вязкость швов, сварен-
ных в этой смеси, выше.
в связи с тем, что сварка в защитных газах
плавящимся электродом в европе является до-
минирующим процессом, основное внимание
уделяется проблеме выбора состава защитно-
го газа. Критериями его оптимизации являются
уровень разбрызгивания, количество приварив-
шихся брызг и шлака на поверхности основного
металла, формирование шва (форма проплавле-
ния и внешний вид). на основании этих подходов
предлагается использовать для сварки углероди-
стых и низколегированных сталей слабоокисли-
тельные смеси на основе аргона с небольшим со-
держанием окислительных газов (1…4 % О2 и до
10 % сО2) [28]. необходимо также учесть, что при
сварке этих сталей в слабоокислительных смесях
на основе аргона проявляются все недостатки чи-
стого аргона, отмеченные выше.
Для условий промышленности Украины слабо-
окислительные смеси на основе аргона при свар-
ке углеродистых и низколегированных сталей не
могут быть защитными газами общего назначе-
ния, поскольку самые распространенные в стра-
не сварочные проволоки св-08Г2с и св-08Гс
имеют более высокий уровень легирования по
рис. 2. внешний вид углового шва, выполненного в смеси
Ar + 20 % CO2 проволокой св-08Г2с диаметром 1,2 мм при
Iсв = 260 а, Uд = 28 в
рис. 3. влияние погонной энергии сварки на ударную вяз-
кость металла швов, выполненных на стали 09Г2с проволо-
кой св-08Г2с в смеси Ar + 20 % CO2 (1) и чистом сО2 (2)
Т а б л и ц а 2 . Механические свойства соединений низколегированных конструкционных сталей, выполненных в
смеси Ar + 25 % CO2 проволокой Св-08Г2С при различных режимах сварки [7]
Основной металл
(толщина, мм)
Диаметр про-
волоки, мм Iсв, а Uд, в σт, мпа σв, мпа δ5, % ψ, %
KCV, Дж/ см2, при Т, °с
+20 -20 -40
09Г2с (12)
15Г2аФ (16)
10хснД (20)
09Г2 (20)
2,0
1,6
2,0
1,6
400...420
340...360
380...410
360...390
30...32
28...30
28...30
28...29
390
556
540
486
550
678
650
592
26
26
28
29
63
60
62
69
145
105
145
153
67
51
66
81
47
46
44
57
Примечания: 1. механизированную сварку выполняли на постоянном токе обратной полярности. 2. расход защитного газа
18…22 л/ мин. 3. Указаны средние значения по результатам испытаний 3…5 образцов.
236-7/2014
Процессы дуговой сварки. Металлургия
сравнению с применяемыми в европе прово-
локами аналогичного назначения (sG-1, sG-2,
sG-3, DIN 8559). Кроме того, в сварочном про-
изводстве европейских стран используются про-
волоки малых диаметров и более умеренные ре-
жимы сварки по сравнению с применяемыми в
Украине. накопленный опыт показал, что для
отечественного сварочного производства же-
лательно ограничивать ассортимент защитных
газов одним-двумя составами универсально-
го назначения. такими смесями, получившими
распространение, являются Ar + 20…25 % CO2
и Ar + 3…5 % O2 + 20…25 % CO2. Они имеют
оптимальное сочетание сварочных характери-
стик, умеренную стоимость и позволяют решать
большинство технологических задач при меха-
низированной сварке сталей общего назначения
даже в тех случаях, когда сварщики нарушают
предписанные параметры режима.
сварка в аргоновых смесях в отличие от свар-
ки в сО2 дает возможность использовать им-
пульсно-дуговой процесс [29, 30] с управляемым
мелкокапельным переносом и частотой отрыва
капель, соответствующей частоте наложения им-
пульсов тока. мелкокапельный перенос происхо-
дит при более низком среднем значении сварочно-
го тока по сравнению с условиями без наложения
импульсов (табл. 3). применение иДс позволяет
использовать проволоку одного и того же диаме-
тра для многих вариантов технологии, тогда как
при сварке без импульсов обычно предусматрива-
ется применение проволоки различных диаметров
в зависимости от толщины свариваемого металла,
его теплофизических свойств, пространственного
положения шва и других показателей.
по мере перехода к новым экономическим от-
ношениям и структурам и их развития в промыш-
ленности Украины будут расширяться области
применения механизированной сварки плавящим-
ся электродом в окислительных смесях на осно-
ве аргона взамен чистого сО2. Однако данные по
применению газовых смесей при сварке сталей
разрознены, и ими трудно руководствоваться в
практической деятельности. в связи с этим необ-
ходимые данные о применении наиболее распро-
страненной смеси Ar + CO2 при механизирован-
ной сварке сталей сведены в рекомендательные
таблицы [31].
наибольший технико-экономический эффект
сварка сталей в защитных смесях на основе арго-
на обеспечивает в следующих областях:
- производство металлоконструкций, которые
по условиям работы не должны иметь приварен-
ных брызг;
- производство металлоконструкций ответ-
ственного назначения, эксплуатируемых при от-
рицательных температурах и знакопеременных
динамических нагрузках;
- многопроходная сварка стыковых и угловых
соединений толстолистового металла;
- сварка швов малого сечения на повышенной
скорости;
- сварка изделий на поточных автоматизи-
рованных линиях с использованием роботов и
автоматов.
Смеси Ar + He + CO2, в которых аргон явля-
ется основным компонентом, используются при
сварке стационарной и импульсной дугой, а сме-
си с преобладающим (60…80 %) содержанием
гелия — при сварке с короткими замыканиями.
в зарубежных публикациях [21–23, 32] рассма-
триваются различные составы газовых смесей с
гелием (об.%: (69…55)Ar + (40…30)He + (3…5)
CO2), обеспечивающие хорошие технологические
показатели, в частности, повышение производи-
тельности при сварке толстого металла, широ-
кое и глубокое проплавление основного металла,
улучшение формирования и внешнего вида швов.
Основная особенность сварки в защитных смесях
Ar + He + CO2 — это высокая производительность
процесса на режимах со струйно-вращательным
переносом электродного металла (см. рис. 1, д).
такой перенос происходит при применении сва-
рочной проволоки диаметром 1,0…1,2 мм, ме-
ханизма ее подачи со скоростью до 50 м/мин и
источника питания с хорошими динамическими
характеристиками [22, 33].
Смеси Ar + He + CO2 + O2 требуют особой
технологии, источников питания и механизмов
подачи проволоки. так, для tIME-процесса [24,
25, 33] используется смесь газов (об.%: 65Ar +
+ 26,5He + 8CO2 + 0,5O2), обеспечивающая вы-
сокую скорость плавления проволоки (до 25 кг/ч)
при скорости ее подачи до 50 м/мин на свароч-
ном токе около 600 а. известны также такие вы-
сокопроизводительные способы, как Rapid Arc и
Rapid Melt [10, 11, 32], которые выполняются в
защитных смесях с гелием (об. %: (65…60)Ar +
(25…30)He + 10CO2), при использовании которых
скорости подачи проволоки превышают классиче-
ский предел 20 м/мин и обеспечиваются различ-
Т а б л и ц а 3 . Критический сварочный ток перехода к
струйному переносу электродного металла при сварке в
смеси Ar + 20 % CO2 проволокой Св-08Г2С
Диаметр
проволоки,
мм
Iсв, а
Обратная
полярность
прямая
полярность иДс
1,0
1,2
1,4
1,6
2,0
240
260
280
340
400
-
350
380
420
460
160
180
210
240
-
24 6-7/2014
Конференция «Сварочные материалы»
ные виды переноса электродного металла включая
струйно-вращательный (см. рис. 1, д).
строгие ограничения на состав защитной сре-
ды, предусмотренные технологическими рекомен-
дациями разработчиков tIME-процесса [24, 33],
необоснованы, поскольку близкие показатели про-
изводительности и качества можно получить при
использовании более дешевых и простых в изготов-
лении газовых смесей на основе аргона без гелия,
например, Ar + CO2 + O2, и тщательном подборе и
корректировании параметров режима [11, 14, 34].
в настоящее время известно много различных
способов дуговой сварки в защитных газах, с по-
мощью которых можно выполнить одну и ту же
работу. Однако получаемые при этом технико-эко-
номические результаты будут различными в зави-
симости от условий производства и особенностей
конструкций. Каждый из способов сварки имеет
определенные технологические возможности и
применим для конкретного вида сварочных работ,
поэтому при выборе оптимального состава защит-
ного газа и способа сварки необходимо иметь пол-
ное представление об особенностях и возможно-
стях каждого из способов и учитывать их, исходя
из конкретных условий производства. большое
влияние при этом могут оказывать варианты ме-
ханизации и автоматизации сварочных процессов,
особенно при широком наборе существующих в
настоящее время типов манипуляторов и позици-
онеров, а также роботов и систем регулирования с
компьютерным управлением.
1. Любавский К. В., Новожилов Н. М. сварка плавящимся
электродом в атмосфере защитных газов // автоген. дело.
– 1953. – № 1. – с. 4–8.
2. Новожилов Н. М., Соколова А. М. разработка электрод-
ных проволок для сварки малоуглеродистых и низколе-
гированных сталей в углекислом газе // свароч. пр-во.
– 1958. – № 7. – с. 10–14.
3. Патон Б. Е., Потапьевский А. Г., Подола И. В. импуль-
сно-дуговая сварка плавящимся электродом с программ-
ным регулированием процесса // автомат. сварка. – 1964.
– № 1. – с. 1–6.
4. Патон Б. Е., Воропай Н. М., Бучинский В. Н. и др. Управ-
ление процессом дуговой сварки путем программирова-
ния скорости подачи электродной проволоки // там же.
– 1977. – № 1. – с. 1–5, 15.
5. Патон Б. Е., Лебедев А. В. Управление плавлением и пе-
реносом электродного металла при сварке в углекислом
газе // там же. – 1988. – № 11. – с. 1–5.
6. а. с. 448106 ссср, в 23 к 35/38. Защитная газовая смесь
/ б. е. патон, а. в. Кирсанов, в. в. подгаецкий и др. –
приор. 26.06.72. Опубл. 30.10.74; бюл. № 40.
7. Свецинский В. Г., Римский С. Т., Галинич В. И. сварка
сталей в защитных газовых смесях на основе аргона в
промышленности Украины //автомат. сварка. – 1994. –
№ 4. – с. 41–44.
8. Свецинский В. Г., Римский С. Т., Кирьян В. И. Оценка вяз-
кости разрушения швов, сваренных в защитных газах и
под флюсом // там же. – 1982. – № 8. – с. 16–19.
9. Lucas W. Choosing a shielding gas. Pt 2 // Weld. and Metal
Fabr. – 1992. – № 6. – P. 269–276.
10. Dilthy U., Reisgen U., Stenke V. et al. schutgase zum MAGM
— Hochleistungsschweißen // schweissen und schneiden. –
1995. – 47, № 2. – s. 118–123.
11. Dixon K. shielding gas selection for GMAW of steels //
Weld. and Metal Fabr. – 1999. – № 5. – P. 8–13.
12. Salter G. R., Dye S. A. selecting gas mixtures for MIG wel-
ding // Metal Constr. and Brit. Weld. J. – 1971. – 3, № 6. –
P. 230–233.
13. Cresswell R. A. Gases and gas mixtures in MIG and tIG welding
// Weld. and Metal Fabr. – 1972. – 40, № 4. – P. 114–119.
14. Ameye M. Einfuss der verschiedenen schutzgase im Zu-
sammenwirken mit schweissverfahren und Werkstoffen //
Der Praktiker. – 2011. – № 7. – s. 271–273.
15. Кайдалов А. А., Гаврик А. Н. эффективность применения
защитных газовых смесей при дуговой сварке сталей //
сварщик. – 2011. – № 4. – с. 28–31.
16. Press H., Florian W. Formation of toxic substances in gas
welding. Pt 2: Amount of toxic substances formed in the gas
shielded welding processes MAG, MIG and GtA // IIW Doc.
VIII-880–80. – 10 p.
17. Haas B., Pomaska H. U. Influence of process specific
welding parameters on fume generation in solid wire GMA
(MAG) welding // Proc. of IIW Col. on Welding and Health
(Estoril, Portugal, 8 July 1980). – P. 8.
18. Левченко О. Г. влияние состава защитного газа и режи-
мов сварки на валовые выделения сварочного аэрозоля //
автомат. сварка. – 1986. – № 1. – с. 73–74.
19. Косииси Ф. перспективные сварочные материалы
// журн. Японского сварочн. о-ва. – 2007. – 76, № 1. –
с. 61–64.
20. Stenbacka N., Persson K.-A. shielding gases for gas metal
arc welding // Welding J. – 1989. – № 11. – P. 41–47.
21. Lyttle K., Stapon G. simplifying shielding gas selection //
Practical Welding today. – 2005. – № 1. – P. 22–25.
22. Ernst M. Lichtbogen stabil gehalten // Produktion. – 1999.
– № 8. – s. 23.
23. Urmston S. Quality – all things to all welders // Weld. and
Metal Fabr. – 1996. – 64, № 4. – P. 150–152.
24. Pat. 4.463.143 USA. Welding system / J. G. Charch. – Publ.
July, 1984.
25. Lahnsteiner P. t.I.M.E.-Prozess ein neues MAG-schwei-
ßverfahren // schweißtechnik. – 1991. – № 12. – s. 182–186.
26. Римский С. Т. Управление свойствами металла шва пу-
тем урегулирования уровня окисленности сварочной
ванны при сварке в защитных газах // автомат. сварка. –
2011. – № 12. – с. 20–23.
27. Рощупкин Н. П., Близнец Н. А., Свецинский В. Г. и др.
Опыт производственного применения защитных газовых
смесей на основе аргона заводами вО «союзсталькон-
струкция» // там же. – 1984. – № 3. – с. 51–53.
28. SAGOS 3: Ein schutzgas fuer zwei Werkstoffgruppen //
stahlmarkt. – 2001. – 51, № 11. – s. 66.
29. Pfeiffer G. Zuend- und spritzeruntersuchungen beim MAG-
Impulsschweißen // ZIs-Mitteilungen. – 1989. – 31, № 6. –
s. 545–549.
30. Римский С. Т., Свецинский В. Г., Шейко П. П. и др. им-
пульсно-дуговая сварка низколегированных сталей пла-
вящимся электродом в смеси аргона с углекислым газом
// автомат. сварка. – 1993. – № 2. – с. 38–41.
31. Римский С. Т. руководство по технологии механизиро-
ванной сварки в защитных газах. – Киев: экотехнология,
2006. – 60 с.
32. Das schutzgas machts // Blech. Rohre Profile. – 2005. – 52,
№ 8/9. – s. 28–30.
33. Church J. G., Imaizumi H. Welding characteristics of a new
welding tIME-process // IIW Doc. XII-1199.
34. Oeteren K.-A. «Neues schutzgas» metal-aktivgasgeschwißt
– ein wirtschaftliher Vorteil? // Der Praktiker. – 1992. – № 2.
– s. 90–94.
поступила в редакцию 11.04.2014
|