Газовая смесь К-2 (Pureshield P31). Это наиболее универсальная из всех смесей для углеродисто-конструкционных сталей. Состоит из 82% аргона и 18% углекислого газа. Подходит практически для всех типов материалов.
Газовая смесь К-3.1 (Argoshield 5). Эта смесь состоит из 92% аргона, 6% углекислого газа, 2% кислорода. Разработана для листовых и узких профильных (сортовых) сталей. Дает устойчивую дугу с низ-ким уровнем разбрызгивания, небольшим усилением и плоским гладким профилем сварного шва. Смесь превосходна для глубокого провара и идеально подходит для сварки листового металла.
Газовая смесь К-3.2 (Argoshield TC). Это смесь 86% аргона, 12% углекислого газа, 2% кислорода. Дает устойчивую дугу с широкой зоной нагрева и хорошим проваром профиля, подходит для глубокого провара, сварки коротких швов и для наплавки. Может использоваться для сварки во всех положениях. Идеально подходит для ручной, автоматической и сварки с применением робота-автомата.
Газовая смесь К-3.3 (Argoshield 20). Это смесь 78% аргона, 20% углекислого газа, 2% кислорода. Специально разработана для глубокого провара широкого ассортимента профилей. Смесь хорошо подходит для наплавки и сварки толстых прокатных (сортовых) сталей.
Газовая смесь НП-1 (Helishield HI). Это смесь 85% гелия, 13,5% аргона, 1,5% углекислого газа. Данная смесь дает великолепные чистые швы с гладким профилем и незначительное, либо не дает совсем, окисление поверхности. Идеально подходит для тонких материалов, где высокая скорость прохода дает низкий уровень деформации (искривления) металла.
Газовая смесь НП-2 (Helishield H7). Это смесь 55% гелия, 43% аргона, 2% углекислого газа. Придает низкий уровень сварочному армированию и обеспечивает высокую скорость сварки. Смесь хорошо подходит для автоматической сварки и для применения роботов-автоматов с использованием широкого спектра толщин свариваемых материалов.
Газовая смесь НП-3 (Helishield H101). Это смесь 38% гелия, 60% аргона, 2% углекислого газа. Придает стабильность дуге, что обеспечивает низкий уровень разбрызгивания и снижает вероятность появления дефектов шва. Газовая смесь НП-3 рекомендуется для сварки материалов толщиной свыше 9 мм. Состав газовой смеси оказывает влияние практически на все параметры режима сварки.
Результаты исследований, проведенных ЗАО НПФ «Инженерный и технологический сервис» (Санкт-Петербург) представлены в Таблице 1.
Таблица 1. Влияние газовой смеси на параметры сварки (сварка проволокой Св-10ГСМТ ø 1,4 мм)
[3]
ОБЗОР ОБОРУДОВАНИЯ
| Защитный газ | Iсв, А | Uд, В | Q, кг/час | Ψ, % | Άнб, % |
| CO2 | 200 - 210 | 22 - 23 | 2,3 | 4,7 | 1,5 |
| 300 - 310 | 30 - 33 | 4,3 | 6,7 | 2,0 | |
| 97%Ar + 3%O2 | 200 - 210 | 21 - 22 | 3,0 | 1,4 | 0,2 |
| 300 - 310 | 29 - 30 | 4,3 | 0,5 | - | |
| 82% Ar + 18% CO2 | 200 - 210 | 24 - 25 | 3,7 | 3,8 | 0,3 |
| 300 - 310 | 30 - 31 | 6,0 | 2,9 | 0,3 | |
| 78% Ar + 20% CO2 + 2%O2 | 200 - 210 | 25 - 26 | 3,7 | 3,2 | 0,2 |
| 300 - 310 | 30 -31 | 6,0 | 2,9 | 0,2 | |
| 86% Ar + 12% CO2 + 2%O2 | 200 - 210 | 21 - 22 | 3,1 | 1,4 | 0,2 |
| 300 - 310 | 29 - 30 | 4,4 | 0,5 | - |
где:
Iсв ток сварки,
Uд напряжение дуги,
Q количество наплавленного металла в единицу времени,
ψ коэффициент потерь металла на разбрызгивание,
Анб коэффициент набрызгивания, определяющий трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей.
Влияние состава газовой смеси на свойства металла шва наглядно представлено в Таблице 2:
Таблица 2. Влияние газовой смеси на свойства металла (сварка проволокой Св-10ГСМТ ø 1,4 мм, ток сварки 250А, напряжение дуги 23-25 В)
| Защитныйгаз | σт, МПа | σв, МПа | δ, % | ψ, % | KCU, Дж/см2 | |
| +20ºС | -40ºС | |||||
| СО2 | 27,0 | 62,4 | 14,1 | 8,4 | ||
| 97%Ar + 3%О2 | 28,0 | 60,0 | 20,0 | 12,0 | ||
| 82%Ar + 18%СО2 | 30,0 | 65,0 | 24,0 | 16,0 | ||
| 78%Ar + 20%СО2+ 2%О2 | 29,5 | 63,5 | 23,5 | 15,3 | ||
| 86%Ar + 12%СО2+ 2%О2 | 29,0 | 63,0 | 24,0 | 15,8 |
где:
σт предел текучести,
σв предел прочности,
δ относительное удлинение,
ψ относительное укорочение,
KCU ударная вязкость.
Для каждой из этих смесей рекомендуются свои режимы сварки (см. Таблицу 3), учитывающие особенности химико-металлургических процессов, происходящих в сварочной ванне, в которых участвуют составляющие газовых смесей (углекислый газ и кислород).
Таблица 3. Рекомендуемые газовые смеси при полуавтоматической сварке плавящимся электродом различных типов и толщин материалов
| Исходный материал | Толщина, мм | Рекомендуемая смесь | Диаметр сварочной проволоки, мм | Скорость сварки, мм/мин | Ток сварки Iсв, А | Напряжение дуги Uд, В | Скорость подачи проволоки, м/мин | Расход газа, л/мин |
| Углеродистые конструкционные стали | 1,0 | К-3.1 | 0,8 | 350-600 | 45-65 | 14-15 | 3,5-4,0 | |
| 1,6 | К-3.1 | 0,8 | 400-600 | 70-80 | 15-16 | 4,0-5,3 | ||
| 3,0 | К-3.2 | 1,0 | 280-520 | 120-160 | 17-19 | 4,0-5,2 | ||
| 6,0 | К-3.2 | 1,0 | 300-450 | 140-160 | 17-18 | 4,0-5,0 | ||
| 6,0 | К-3.2 | 1,2 | 420-530 | 250-270 | 26-28 | 6,6-7,3 | ||
| 10,0 | К-3.2 | 1,2 | 300-450 | 140-160 | 17-18 | 3,2-4,0 | ||
| 10,0 | К-2 | 1,2 | 400-480 | 270-310 | 26-28 | 7,0-7,8 | ||
| 10,0 | К-2 | 1,2 | 300-450 | 140-160 | 17-18 | 3,2-4,0 | ||
| 10,0 | К-3.3 | 1,2 | 370-440 | 290-330 | 26-31 | 10,0-12,0 | ||
| Легированные стали | 1,6 | НП-1 | 0,8 | 410-600 | 70-85 | 19-20 | 6,5-7,1 | |
| 3,0 | НП-2 | 1,0 | 400-600 | 100-125 | 16-19 | 5,0-6,0 | ||
| 6,0 | НП-2 | 1,0 | 280-520 | 120-150 | 16-19 | 4,0-6,0 | ||
| 6,0 | НП-2 | 1,2 | 500-650 | 220-250 | 25-29 | 7,0-9,0 | ||
| 10,0 | НП-3 | 1,2 | 250-450 | 120-150 | 16-19 | 4,0-6,0 | ||
| 10,0 | НП-3 | 1,2 | 450-600 | 260-280 | 26-30 | 8,0-9,5 | ||
| 10,0 | НП-3 | 1,2 | 220-400 | 120-150 | 16-19 | 4,0-6,0 | ||
| 10,0 | НП-3 | 1,2 | 400-600 | 270-310 | 28-31 | 9,0-10,5 | ||
| Алюминиевые сплавы | 1,6 | НП-1 | 1,0 | 450-600 | 70-100 | 17-18 | 4,0-6,0 | |
| 3,0 | НП-1 | 1,2 | 500-700 | 105-120 | 17-20 | 5,0-7,0 | ||
| 6,0 | НП-1 | 1,2 | 450-600 | 120-140 | 20-24 | 6,5-8,5 | ||
| 6,0 | НП-2 | 1,2 | 550-800 | 160-200 | 27-30 | 8,0-10,0 | ||
| 10,0 | НП-2 | 1,2 | 450-600 | 120-140 | 20-24 | 6,5-8,5 | ||
| 10,0 | НП-2 | 1,6 | 500-700 | 240-300 | 29-32 | 7,0-10,0 | ||
| 10,0 | НП-2 | 1,2-1,6 | 400-500 | 130-200 | 20-26 | 6,5-8,0 | ||
| 10,0 | НП-3 | 1,6-2,4 | 450-700 | 300-500 | 32-40 | 9,0-14,0 |
Если сравнить два способа защиты сварочной ванны (чистый углекислый газ или аргонсодержащие многокомпонентные газовые смеси), то можно сделать выводы в пользу применения многокомпонентных газовых смесей. Использование газовых смесей имеет следующие преимущества:
- за счет более высокой температуры дуги повышается производительность сварки не менее чем в полтора раза при сохранении неизменной потребляемой электрической мощности (то есть обеспечивается снижение удельных энергозатрат примерно в 1,3 раза), а по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытым электродом повышение производительности составляет уже не менее 1,5 × 2,6 = 4 раза (при этом удельные энергозатраты снижаются примерно в 2 - 4 раза);
- за счет появления мелкокапельного или струйного переноса в 1,5 - 3 раза снижается разбрызгивание электродного металла и в 8 - 10 раз снижается набрызгивание электродного металла на сварной шов и околошовную зону, что определяет трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей;
- увеличивается глубина проплавления при одновременном уменьшении ширины наплавленного валика («кинжальное» проплавление); - более плавной становится линия перехода от наплавленного металла к основному металлу, что уменьшает вероятность образования очагов трещинообразования в зоне сплавления;
- механические свойства сварного соединения остаются на том же уровне, как и при сварке в углекислом газе, за исключением относительного удлинения δ, которое увеличивается примерно на 10% и ударной вязкости KCU, которая увеличивается существенно, от 1,5 до 2 раз, в зависимости от типа применяемой газовой смеси (это имеет огромное значение для металлоконструкций, работающих на открытых площадках в условиях отрицательных температур);
- стабилизируется процесс сварки и улучшается качество металла шва (снижение пористости и неметаллических включений); - снижается общий расход газовой смеси за счет большей эффективности газовой защиты; - для сварки металлоконструкций с использованием газовых сварочных смесей возможно применение углекислотных сварочных полуавтоматов и автоматов любого производства
Защитные сварочные газовые смеси промышленно выпускаются на заводах по производству технических газов и поставляются в стандартных газовых баллонах различной емкости. Однако в последнее время некоторые потребители предпочитают самостоятельно производить сварочные смеси; это связано илис тем, что стандартно выпускаемые газовые смеси не удовлетворяют их по своему качеству (большой разброс процентного соотношения компонентов смеси, высокое содержание влаги и различных примесей), или с необходимостью применения нестандартных смесей (например, многокомпонентных). Естественно, в этом случае появляется необходимость в применении специальных приборов для качественного смешивания компонентов смеси.
Как правило, в газовых смесителях используется принцип подмешивания одного компонента смеси к другому (или другим) при условии выравнивания давления различных компонентов. Наиболее часто используются двух-, трех- и четырех компонентные смесители. Можно рассмотреть работу двухкомпонентного смесителя как наиболее простого (Рис. 7). Смешиваемые газы (например, аргон и углекислый газ как наиболее часто используемые в защитных смесях) подаются во входные камеры 1 и 2, имеющие предварительные регуляторы входного давления и встроенные фильтры. Из входных камер компоненты поступают в двухкамерный редуктор 8, в котором происходит окончательное выравнивание давления компонентов смеси с высокой точностью. После выравнивания давления компоненты поступают в блок смешивания 12; при этом регулятор пропорции смешиваемых газов 10 постоянно контролирует процентное соотношение компонентов смеси (в процентах от объема) при помощи регулятора пилотного газа 7 (пилотный газ - один из газовых компонентов смеси, используемых в процессе смешения; выступает в роли наполнителя в двухкамерных редукторах выравнивание давления). Поступление компонентов смеси в блок смешивания осуществляется через калиброванные отверстия, размер которых точно соответствует типу компонента (вот почему производители газовых смесителей требуют указывать, для каких газов будет применяться смеситель).
Затем через электромагнитный клапан 13 смесь поступает в регулятор 15, который сглаживает броски давления и подается в буферную емкость для подачи в магистральную сеть. Манометр/расходомер 14 отображает значения давления и расхода готовой смеси на выходе смесителя.
Система сигнализации смесителя, работающая совместно с реле давления, контролирует уровень давления газов на входе в смеситель. Сигнализация срабатывает, если уровень давления хотя бы одного из смешиваемых газов падает ниже установленного минимума. При этом срабатывает выключатель и смеситель отключается.
Регулировка производительности смесителя осуществляется изменением входного давления компонентов смеси и изменением выходного давления готовой смеси. Соотношение компонентов смеси регулируется регулятором пропорции смешиваемых газов, который установлен обычно на лицевой панели смесителя и проградуирован в процентах одного из компонентов смеси (на трех- и много компонентных смесителях установлено несколько регуляторов пропорции). Смесители могут быть установлены на ресиверы (для создания запаса готовой смеси).
Серийно выпускаемые смесители, как правило, являются стационарными, и в зависимости от производительности (от 1,2 до 600 м3/час и более), способны обеспечить защитными газовыми смесями от 1 до 500 постов полуавтоматической сварки.
Установка смесителей в магистральную сеть похожа на подключение компрессора в системе сжатого воздуха. Пример такой сети показан на Рис. 10.
Существуют и более простые однопостовые смесители, устанавливаемые непосредственно на газовые баллоны (Рис. 11.). Примером может служить смеситель ВМ-2М, производимый компанией WITT Gasetechnik (Германия). Этот смеситель устанавливается непосредственно на углекислотный баллон; аргон также подается напрямую по шлангу высокого давления. Принцип действия смесителя основан на инжекции углекислого газа в поток аргона через калиброванное отверстие, позволяющее точно дозировать пропорции компонентов смеси. Смеситель ВМ-2М позволяет подмешивать в аргон до 25% углекислого газа, выдерживая точность соотношения газов до ± 0,1%. Выход смесителя оттарирован как расходомер с пределами регулирования от 0 до 25 л/мин. Смеситель ВМ-2М позволяет отказаться от использования баллонных регуляторов давления и может быть рекомендован для применения как на небольших производствах, так и на крупных предприятиях для однопостовой подачи газовых смесей (например, в случаях, когда на каждом сварочном посту необходимо иметь газовую смесь индивидуального состава).
