Полуавтоматическая сварка титана и его сплавов

Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки

В общем случае, рекомендовать применение какого-либо одного газа для сварки
(аргона, гелия, азота или др.) нельзя. Применение того или иного газа зависит
от технологии сварки конкретного металла или сплава, или исходя из технико-экономических
показателей. Но в целом, аргонодуговая сварка обладает рядом преимуществ по
сравнению со сваркой в среде других газов:

1. Аргон, так же как и гелий, относится к инертным газам, которые не взаимодействуют
ни с какими металлами и другими газами и не растворяются в расплавленном металле.

2. Аргон тяжелее воздуха и поэтому надёжно защищает зону сварки, вытесняя из
неё воздух. Дуга в среде аргона обладает высокой стабильностью.

3. Аргон — это достаточно распространённый газ, по сравнению с другими инертными
газами, в частности, с гелием. Его содержание в воздухе составляет около 0,9%,
в связи с этим аргон является самым дешёвым из инертных газов.

4. Ещё одно преимущество аргона (над гелием) в том, что расход аргона на 30-35%
меньше расхода гелия (при прочих равных условиях) из-за того, что аргон в 10
раз тяжелее гелия.

Благодаря своим преимуществам, сварка в среде аргона получила достаточно большое
распространение при сварке различных материалов. Но у аргонодуговой сварки есть
и недостатки. Ручная сварка в среде аргона затруднена. При ручной аргонодуговой
сварке не рекомендуется выполнять колебательные движения электродом из-за возможного
нарушения защиты зоны сварки. В связи с этим производительность ручной сварки
в среде аргона оказывается невелика. А сварку
автоматическую не во всех случаях возможно применить.

Как правильно варить аргоном

Для начинающих и любителей стоит сразу оговориться, что сварка аргоном является довольно сложным технологическим процессом, который требует не только прочных знаний металловедения, но и определенных навыков и опыта сварочных работ. При этом, если учитывать далеко немалую стоимость самого газа аргона, лучше всего начинать тренироваться и пробовать набить руку на сварке различных деталей, к примеру, из нержавеющей стали. И только посмотрев видео сварки аргоном в виде уроков для начинающих, а также приобретя достаточный опыт и теоретические знания, стоит приступать к сварке цветных металлов и их различных сплавов.

https://youtube.com/watch?v=jNNZ88KUgE4

Аргонная сварка является как бы симбиозом технологий электродуговой и газопламенной сварки, но с существенными техническими различиями. К примеру, газовая среда аргона:

• с одной стороны, способствует формированию и поддержанию токопроводящей плазмы, что значительно облегчает как розжиг электродуги, так и способствует более быстрому прогреву и расплавлению кромок свариваемых соединений, тем самым обеспечивая формирование качественного шва;
• с другой стороны, постоянный поток газа охлаждает сварочный шов, не позволяя образоваться различным температурным деформациям в виде трещин и пор, что также способствует качеству сварки.

Техника сварки аргоном имеет ряд особенностей и требует для применения на практике обучения. Мы лишь можем дать вам несколько основных советов, которые необходимо знать и применять при выполнении аргонной сварки своими руками, а именно:

• Проведение аргонодуговой сварки требует тщательной подготовки поверхности, то есть края заготовок необходимо механически до блеска зачистить от окислов и остатков грязи с помощью напильника или наждачной бумаги. А также не помешает дополнительно обработать поверхность химическим способом, смазав место будущей сварки специальной паяльной кислотой или предварительно ее обезжирив любым видом растворителя.
• Обязательно перед началом выполнения сварочных работ надо выставить, согласно технологической карте, режимы сварочного тока, интенсивность подачи сварочной проволоки и расход потока инертного газа в строгом соответствии с видом, толщиной и материалом свариваемых изделий.
• Подачу инертного газа нужно отрегулировать так, чтобы аргон подавался к месту сварки на 20 секунд раньше, чем зажигается электродуга, а прекращалась его подача не ранее 10 секунд после завершения процесса сварки.
• Для исключения контакта свариваемого металла с содержащимся в естественной атмосфере активным кислородом необходимо, чтобы сварочная проволока и неплавящийся электрод постоянно находился в защитной зоне аргоновой среды.
• Подачу присадочной проволоки следует производить под углом к неплавящемуся электроду и сварочной ванне перед горелкой, стараясь избегать различных поперечных движений, что позволит обеспечить более качественный сварочный шов.
• Стараться производить колебания горелкой, направленные вдоль оси сварочной ванны, не совершая лишних поперечных движений, что позволит сформировать более узкую полосу сварочного шва.
• По окончании сварочных работ необходимо производить заваривание кратера при пониженной силе тока путем его регулировки ручкой реостата. Ни в коем случае не стоит прекращать сварной шов резким обрывом электродуги сразу отводя горелку в сторону, так как это резко понизит его качество.
• Сварочную проволоку или неплавящийся электрод рекомендуется располагать ближе к сварочной ванне, поддерживая по возможности минимальное расстояние между ними. Уменьшение или увеличение длины дуги напрямую определяет глубину плавления краев свариваемых металлов и значительно влияет на ширину сварного шва.

Выполнение этих правил и рекомендаций не только позволит значительно облегчить сам процесс сварки аргоном, но и станет залогом качественной работы.

Технология аргонодуговой сварки

К настоящему времени, аргонная сварка стала распространенным методом ремонта, как на производствах, так и быту. Для начинающего сварщика навыки ручной или полуавтоматической аргоновой сварки являются необходимыми критериями для профессионального роста.

Аргонная сварка сочетает в себе дуговую и газовую сварку. Благодаря газу, сварочная ванна становится защищена от окисления металла, которое неминуемо при нагреве до высоких температур. Этот факт особенно актуален для алюминия, сложных соединений цветных металлов, легированных сталей.

Качества шва такое, что аргонную сварку применяют не только при ремонте крупных изделий, таких как автомобильные запчасти, но и для восстановления мелких статуэток и других декоративных изделий из металлов.

Таким образом, эта гибридная технология заняла свое место в арсенале всех профессиональных сварщиков. Однако, при должном усердии вы сможете овладеть аргонной сваркой в домашних условиях, имея небольшой опыт дуговой сварки.

Как проходит аргонная сварка

Почему вообще применяют аргон?

Для соединения двух металлических поверхностей, их необходимо разогреть. Нагревательным элементом является электрод из вольфрама, пропускающий большой ток. При обычной сварке место нагревание взаимодействует с кислородом, т.е. происходит окисление. Это нарушает структуру шва, способствует недолговечности, выглядит некрасиво – место шва бросается в глаза. Бывают случаи, когда можно пренебречь эстетикой. Но пренебрегать качеством – как минимум недальновидно. Поэтому чтобы избавить металл от окисления, используют газ, который обволакивает сварочную ванну и защищает её от воздействия кислорода. Область, где присадочная проволока подается на место плавления, называется сварочной ванной. Для этой задачи применяют инертные газы. Они не взаимодействуют с другими веществами, не горят и не поддерживают горение. Т.е. изолируют материал от кислорода. Всего выделают шесть инертных газов: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. В сварке применяют только аргон и гелий. Но гелий – дорогое решение. Он легче воздуха, израсходуется в большом количестве, себестоимость такой сварки вырастет.

Но есть и важный нюанс при работе с аргоном. При изменении полярности тока газ приобретает свойства плазмы. Поясним – прямая полярность означает, что минус находится на электроде. Обратная полярность при дуговой сварке на постоянном токе не используется, так как вольфрамовый электрод быстро разрушается.

Особенности процесса

Работа по соединению цветных сплавов и литья черного металла в аргонной среде требует определенного навыка, поэтому варить новичку своими руками такие заготовки будет непросто. Выполняя сварочные работы, следует помнить, что титан, медь, алюминий, силумин и бронза имеют физические и химические различия по сравнению с чугуном и сталью. При расплавлении стали или цветных сплавов жидкий металл имеет свойство поглощать примеси, образующиеся в результате плавления под действием высоких температур, что приводит к наличию в сварочном шве пористости. Инертный газ, применяемый для защиты расплавленного металла, устраняет проникновение посторонних продуктов плавления в сварочную ванну, тем самым укрепляя шов.

Аргонодуговая сварка является универсальным методом, технология которого используется для ремонта кузовного железа, внутреннего угла двери автомобиля, алюминиевых элементов кузова и поддона картера, для установки дополнительного оборудования и сварки тонкого металла. Нередко для выполнения таких работ используется техника применения газа с поддувом, причем расход аргона даже в таком случае будет меньше, чем гелия при его применении. Детали могут соединяться встык или внахлест, чаще всего работу проводят неплавящимся электродом из вольфрама, а для розжига электродуги применяют осциллятор.

Основным моментом является предварительная подготовка металла к сварке: кромки, предназначенные для соединения, зачищают от поверхностной пленки оксидов, а затем обезжиривают с помощью растворителя. Основа сварки – подача неплавящегося электрода, который перед применением необходимо заточить под острым углом 25–30°, если предстоит соединить заготовки из титана, стали или меди. Для соединения алюминия затачивать электрод не нужно, так как при поджиге на нем образуется округлый наплыв, который и будет формировать сварочную ванну.

В зависимости от типа свариваемых материалов выбирается и присадка. Это может быть проволока из алюминия, нержавеющей стали, а также медно-никелевые или латунные прутки. Состав сплава у присадочных материалов указывается в соответствующем справочнике по маркировке, имеющейся на конце прутка

Кроме того, важно правильно выбрать и сам сварочный аппарат. Например, для соединения медной детали с алюминием, толщина которых не превышает 7 мм, потребуется мощное сварочное оборудование промышленного типа, которое дает мощность до 400–500 А

Настройка аппарата перед началом работы является важным условием, причем сила тока и напряжение выбираются исходя из размера вольфрамового или обычного электрода.

У современных аппаратов имеется опция «Заварка кратера», она применяется для того, чтобы обеспечить плавное угасание дуги после того, как формирование шва будет завершено. Например, если выполняется соединение деталей, толщина которых 3 мм, то значение этого параметра ставят на показатель 2–3 сек. Кроме того, перед сваркой настраивают и предварительную продувку области проведения работ. Такое действие необходимо, чтобы в процессе выполнения работы не появлялись дефекты шва, так как в неостывшем металле появляется пористость. Последовательность выполнения сварочного процесса заключается в следующем:

• выполняется зачистка кромок, и если материал довольно толстый, то делают скосы для сварочного шва, а затем обезжиривают поверхность металла;
• все детали фиксируются специальными зажимами, после чего можно приступать к выполнению процесса сварки;
• осуществляют поджиг электрической дуги, причем если эта процедура контактная, то на горелке нажимают кнопку и электродом прикасаются к одной из кромок металла, а при бесконтактном розжиге такого касания делать не нужно;
• следующим этапом выполняют сварочную ванну, для этого допускается сделать несколько поперечных колебательных движений сварочным электродом по стыкуемому материалу в области сварного шва, при этом присадка должна начать плавление и равномерно распределяться в сварочной ванне;
• инертный газ в процессе работы обдувает место сварки, но это должно происходить умеренно, чтобы не разбрызгивать металл и не мешать его плавлению.

Опытные сварщики рекомендуют соединять тонкие листы металла без применения присадки. Чтобы выполнить сварочный шов, вольфрамовый электрод располагают под небольшим углом таким образом, чтобы кромка одного листа наплавлялась на кромку второго листа.

О сварке аргоном смотрите далее.

Особенности сварки титановых сплавов

Температура плавления титана составляет порядка 1500 градусов. При наличии примесей температура плавления может меняться как в большую, так и в меньшую сторону. Металлические сплавы на основе титана обычно сохраняют свою структуры при нагреве до 500 градусов по Цельсию (коррозийная стойкость сохраняется и при более серьезном нагреве).

Необходимо защитить сварной шов, чтобы избежать появления вредоносных оксидов и различных сложных соединений на основе азота и титана. Механизм образования таких соединений следующий:

1. В воздушной атмосфере постоянно присутствуют различные газы — азот, кислород, углекислый газ. В твердом состоянии титан не вступают в химическую реакцию с этими веществами из-за особенностей межатомных связей в титановом сплаве.
2. Во время сварочных работ происходит частичное или полное расплавление титана в локальной области нагрева с последующим объединений расплавленных фрагментов друг с другом (в таком случае между отдельными титановыми деталями образуются прочные межатомные связи, что делает соединение надежным).
3. При нагреве металла также происходит активизация газов, которые находятся в воздушной атмосфере. Из-за этого кислород, азот и прочие газы начинают активно контактировать с расплавленным титаном. Это может вызывать две реакции — механическую и химическую. При механической реакции атмосферные газы проникают вглубь металла, оседают там в виде микроскопических пузырьков. При химической реакции газы контактируют с титаном на субатомном уровне, что приводит к образованию различных оксидов и сложных соединений.

Пузырьки и оксиды оказывают негативное воздействие на качество сварного шва, что снижает его прочность. В случае большой концентрации вредоносных элементов сварное соединение становится ненадежным. Оно растрескивается даже в случае не слишком большой нагрузки, оно заметно чаще покрывается коррозией.

Для повышения качества сварки имеет смысл применять обдувание локальной области различными инертными газами. В таком случае газы будут вытеснять азот и кислород, что будет препятствовать образованию пузырьков и оксидов. Именно поэтому электрошлаковая и сварка аргоном являются оптимальными способами соединения металлических изделий на основе титановых сплавов.