Сварка аргоном: что это такое, принцип работы, технологии

Когда требуется соединить детали из  цветных металлов или высоколегированных нержавеющих сталей,   с помощью обычной дуговой электросварки сделать это не удастся.    Образующиеся  окислы не дадут возможность деталям привариться. В таких случаях применяют  электросварку в среде инертных газов. Наибольшее распространение получила аргоновая сварка. Статья знакомит с основами  этого процесса. 

Общее описание

Вначале  необходим краткий экскурс в теорию сварочного дела. Электродуговая сварка металлических деталей —  неразрывное соединение их соприкасающихся кромок, которое  образуется  под действием температуры электрической дуги.  Металлы расплавляются,  а после их остывания   в  месте температурного воздействия образуется сварной шов. Расплавленные металлы вступают в реакцию с атмосферным кислородом, образуя оксиды.  В легированных сталях  и  цветных металлах оксиды образуются особенно бурно. Эти окислы  имеют высокую температуру плавления. Образуются непроваренные участки,   трещины и воздушные пузырьки.  Сварной шов очень непрочен, и при механических нагрузках разрушается.  

Гелий или аргон подаются к месту соединения,   изолируют  его  от атмосферного кислорода и не допускает образования окислов. Гелий менее технологичен: он легче воздуха, поэтому трудно создать необходимую концентрацию газа в месте сваривания. Приходится увеличивать давление, что увеличивает расход газа, а он в 5-6 раз дороже аргона.

Аргон получил наибольшее распространение благодаря ряду качеств:

• он в 1, 4 раза тяжелее воздуха, поэтому проще обеспечить изоляцию  участка электросварки от атмосферы;
• химически нейтрален, не влияет на прочность;
• относительно низкая цена.

Электроды, применяемые при аргонодуговом соединении:

• Плавящиеся. Образуют и поддерживают электрическую  дугу,  выступают в роли припоя.
• Неплавящиеся вольфрамовые. В качестве присадки  может использоваться проволока, которая подается в рабочую зону вручную или автоматически.  Иногда с этой целью используют специальные металлические прутки. 

Классификация аргонодуговой сварки

            По степени автоматизации делится на несколько типов:

• Ручной режим.  Ведение дуги   по линии сваривания и  введение присадки в расплаввыполняет сварщик. Применяется неплавящийся электрод, изготовленный из вольфрама. Качественное соединение зависит от опыта сварщика и оборудования.
• Полуавтоматический режим. В этом режиме применяется и плавящаяся электродная проволока и вольфрамовые электроды.  В первом случае конструкция  обеспечивает равномерное  введение проволоки в расплав.  При использовании неплавящегося  электрода  монтируются система, которая автоматически  подает проволоку к участку сварки. Скорость подачи можно регулируется

Автоматический режим.  Применяется в сварочных автоматах в промышленном производстве.  Обеспечивает скорость и  высококачественный шов.  

Аргоновая сварка: принцип работы

Для деталей из высоколегированных сплавов и редкоземельных  металлов  применяется аргоновая сварка, принцип работы которой основан на изолировании инертным газом места сварного соединения.  Из-за разности потенциалов детали  и вольфрама возникает  электродуга. От  ее теплового воздействия кромки деталей плавятся, и образуется общий  расплав сварочной ванны.  У участку сварки  под давлением поступает инертный аргон,  который защищает  его  от  воздуха  и не дает окислиться свариваемым материалам. В зону расплава   постоянно  подается присадка

Аргонодуговая  электросварка проводится  со сварной проволоки  и без нее.  Если соединяемые детали имеют небольшую  толщину, то присадочные материалы не применяются.

Важен выбор схемы подключения к электросети.  При  прямой полярности к электроду подключается минус, а к металлической заготовке плюс. Обратная полярность приводит к неустойчивости электродуги и износу  вольфрама. 

Для  алюминия, бериллия  и их сплавов используется переменный ток. В остальных случаях постоянный.

Ручная аргонодуговая сварка

Аргоновое сваривание – синтез электродуговой  и газовой сварки. С первой его роднит то, что материалы плавятся дуговым разрядом. Со второй  — применение газа,   истекающего из сопла под давлением, схожесть   приемов в работе.

Это вид электросварки широко распространен, так как  им можно сваривать многие металлы и их сплавы.  Небольшое по габаритам оборудование применяется  в небольших промышленных производствах и кустарных мастерских.

Перед сваркой детали зачищаются и  обезжириваются. Проводится настройка режима работы  оборудования: чем толще детали, тем больше диаметр электродов и больше  сила тока.

Включается подача аргона,  зажигается дуга. Она расплавляет соприкасающиеся кромки деталей, образуя сварочную ванну.  Затем в электродугу  осторожно водится  присадочная проволока.  Ее  дальнейшая подача  осуществляется постоянно и равномерно. Если вводить проволоку рывками,  металл разбрызгается, и качества сварного шва ухудшится.

Чем толще материал, тем больше угол наклона между  горелкой и  рабочей поверхностью. При толщине 4 мм угол равен  45 градусов. Скорость перемещения горелки 0,1-0,3 м/мин. Отключать подачу защитного газа необходимо  через 10−15 секунд после выключения.

Расход аргона 8-16 л/мин.

Достоинства:

• во время сваривания не образуются окислы, отрицательно влияющие на качество соединения;
• можно сваривать нержавеющие стали, алюминий, медь, титан и т.п., их сплавы;
• так как рабочая температура не достигает 1000˚С,  детали  не деформируются.

Недостатки 

• требуется практика;
• высокий уровень облучения ультрафиолетом;
• нельзя работать на открытом пространстве – аргон сдувается ветром из зоны соединения.

Различные технологии

Существует различные технологии, которые упрощают аргонодуговой процесс и улучшают конечный результат. Они разработаны в основном иностранными фирмами, поэтому  получили англоязычные наименования:

TIG.  Ручная дуговая электросварка вольфрамовым электродом в защитной  газовой среде. Идентична ручному режиму.

• TIG-CW. В  расплав  автоматически вводится холодная проволочная присадка. Исчезает  необходимость держать  ее рукой, что ускоряет сваривание.  Скорость движения присадки можно менять.

• TIG-HW. Разновидность аргонодугового процесса,  при котором  система подачи вводит  в сварочную ванну нагретую присадочную проволоку.   Ее свободный конец  доводится до требуемой температуры между контактным наконечником и сварочной ванной путем резистивного нагрева. Температуру проволоки можно регулировать. За счет предварительного нагрева уменьшается количество энергии, необходимой для плавления проволоки.  Возрастает скорость и уменьшается количество потребляемой энергии.
• Полуавтоматическая  аргонно дуговая  сварка, в котором применяется  тонкая проволочная присадка, которая автоматически  подается в зону расплава.  Скорость подачи зависит от диаметра проволоки и выбранной силы тока. Позволяет сваривать практически все металлы.  Оборудование MIG технологии  громоздкое и немобильное.

Оборудование для работы с аргоном

Аргонодуговое оборудование  разнообразно.  Поэтому необходимо определить сварочные работы, которые планируется на нем выполнять. После этого необходимо  изучить  рыночные предложения. Затем  можно приобретать  необходимые элементы. Вот примерный список:

• газовая горелка;
• источник электричества: сварочный  трансформатор или инвертор ММА;
• осциллятор для розжига  дуги;
• силовой контактор для подачи напряжения от трансформатора;
• газовый баллон с редуктором и шланговые соединения;
• неплавящиеся электроды, присадочная проволока различного диаметра и состава.

Производятся  сварочные инверторы с  функцией   аргонодуговой сварки. Она обозначается аббревиатурой TIG. Обычно на панели управления имеется переключатель режимов MMA/TIG. Дополнительно приобретаются баллон с газом, редуктор, шланги и горелка. Аппарат сваривает нержавейку и цветные металлы,  кроме алюминия.  

Выпускаются аргонодуговые сварочные инверторы.  Они уже оборудованы осциллятором,  горелкой и шлангами. Инверторы, предназначенные для электросварки алюминия, обеспечивают режим работы  переменным током.

Особенности сварочных работ в среде аргона

Сварка в среде аргона имеет  особенности, присущие только этому способу. Например, при аргонодуговом tig-сваривании алюминия в силовой цепи аппарата возникает  постоянная составляющая. Электродуга имеет разную проводимость при изменении  полярности  тока.  При  прямой полярности  сопротивление дуги низкое,  для ее поддержания достаточно небольшого напряжения. При обратной полярности сопротивление дуги увеличивается и необходимо увеличение напряжения. Если сила тока недостаточна, дуга становится своего рода выпрямителем. В некоторых случаях величина постоянной составляющей достигает 60-70%. Это приводит к нестабильности горения дуги. Происходит рост сопротивления магнитопровода трансформатора и падение мощности электродуги.  В таком режиме невозможно расплавить окислы алюминия, имеющие высокую температуру плавлении. Качество сварочного шва ухудшается. 

Поэтому необходимо, чтобы  сварка аргоном  проводилась на оборудовании со встроенными схемами  для зажигания дуги  или подавления постоянной составляющей. Это могут быть различные стабилизаторы, импульсные возбудители, конденсаторы и т.д.

        Еще одна  особенность — необходимость правильной заточки вольфрамового электродного стержня. Его острие, обращенное к детали, должен быть правильно  заточенным. Лучше это делать на алмазном круге, не допуская перегрева вольфрама. В противном случае он будет крошиться во время работы.  

Этапы проведения аргоновой сварки

 Аргонная  сварка включает в себя несколько этапов. При TIG процессе можно выделить:

• очищение от грязи, зачистка жесткой металлической щеткой и обезжиривание сваривания. Чем она чище, тем меньше будут образовываться оксиды;
• включение сварочного аппарата;
• открытие редуктора аргонового баллона;
• включение за 20 секунд до подачи газа . Это необходимо для удаления из рабочей зоны атмосферного кислорода;
• розжиг дуги. Во время работы нельзя  касаться электродом детали   —  это может привести к исчезновению дуги и получению некачественного сварного шва;
• ведение горелки вдоль линии соединения;
• постоянное и равномерное введение другой рукой присадочного прутка в зону  дуги. Этот этап наиболее сложен для начинающих сварщиков. При введении присадки рывками происходит разбрызгивание металла, образовании участков непровара и неровной линии шва.  Добиться равномерности можно только практикой;
• необходимость подачи аргона в течение 10-15 секунд после окончания сварочных работ. Если этого не сделать, расплав прореагирует с атмосферным кислородом, образуются оксидные пленки, и  качество шва ухудшится.

Инверторная сварка в аргоне

В среде сварщиков широко распространился сварочный инвертор. Это прибор, который подключается к электросети 220 V, имеет незначительные размеры и  переносится одной рукой,  обеспечивает отличные характеристики дугового разряда и адаптируется к скачкам напряжения.  Инверторы постепенно вытесняют другое оборудование для дугового сваривания: трансформаторы, электрогенераторы, выпрямители.   Первые поступившие на рынок аппараты инверторы имели вольт-амперные характеристики, подходящие только для MMA режима. При попытке использовать их для аргона, они выходили из строя.  Народные умельцы быстро разобрались,  в чем дело, и стали устанавливать самодельные осцилляторы и  схемы защиты.

Сейчас большинство выпускаемых сварочных инверторов имеют встроенную TIG функцию. Это позволяет использовать аппарат без переделок, докупив  необходимое оборудование.  Его можно использовать для легированных нержавеющих  сталей, меди, других цветных металлов.  Соединение получается очень качественным, потому что вольт-амперные характеристики прибора обеспечивают ровный дуговой разряд на всем протяжении процесса.

Проблемы могут возникнуть только с алюминием. Если инвертор выдает постоянный ток, то им варить алюминий нельзя. Вернее, можно, но качество шва будет плохое.  Для сваривания алюминия  выпускаются специальные инверторы, в которых предусмотрены режимы работы с постоянным и переменным током.  К сожалению, это повышает цену прибора.

Правильная аргоновая горелка

Основные задачи горелки – создание и поддержание электродуги и доставка  инертного газа в зону сваривания для  защиты от атмосферного кислорода. Поэтому правильный выбор  этого  элемента оборудования – одно из условий  получения хорошего результата. 

Вот несколько критериев, по которым нужно оценивать горелку перед приобретением:

• диапазон силы тока, в котором может ее можно применять. От этого зависит толщина свариваемых металлических деталей: чем больше ток, тем больше толщина и наоборот;
• вид охлаждения: воздушный или водяной. Для больших величин тока обязательны  модели с водяным охлаждением.  Они позволяют сваривать детали большого размера и толщины за один проход, без пауз для остывания;
• длина кабеля и газового рукава. Чем длиннее, тем лучше, так как это повышает мобильность сварщика и удобство работы;
• возможность замены керамических сопел и газовых линз. Диаметр сопла выбирается в зависимости от толщины свариваемого материала. Газовые линзы создают ламинарный поток аргона,  который способствует ровному горению дуги, и уменьшают расход инертного газа;
• эргономичность. Форма должна быть удобной, кнопки управления должны свободно нажиматься   пальцами руки,  которой  рукоятка изделие удерживается.

По этим критериям можно определить  технические данные  модели перед ее приобретением.

Какие аппараты применяются для аргонодуговой сварки

Представленные модели являются сварочными инверторами, имеющие два режима работы: MMA и TIG. В режиме  TIG сваривают легированные нержавеющие стали, цветные металлы.  В связи с тем, что для работы используется постоянный ток, все аппараты не предназначены для сваривания алюминия. В комплекте практически всех аппаратов оборудование для TIG-сварки отсутствует. В приведенных данных I – максимальная сила тока, P – мощность.

Wert SWI 190

 

 

• I:  190 А (MMA), 190 А (TIG)

• P: 3.50 кВт
• 2,4 кг
• диаметр эл-да: 1.60-4 мм
• защита от прилипания
• хот-старт
• 3500 руб.

Достоинства: маленькие габариты,  легкость в использовании,  сеть 220V, выключение при перегрузке,  цена.

Недостатки: маленькая длина кабелей.

Вывод: недорогой инвертор начального уровня для использования в домашних условиях.

Wert MMA 180N

 

 

I: 180 А (MMA)

P: 3.70 кВт

диаметр эл-да : 1.60-4 мм

хот-старт

2,4 кг

3130 руб

Достоинства: маленькие габариты, легкость в использовании,  сеть 220V,   низкая цена.

Недостатки: маленькая длина кабелей,  иногда выставляемые значение силы тока не соответствуют выдаваемому.

Вывод: недорогой аппарат  начального уровня для  не слишком крупных  деталей.

Сварог TECH ARC 205 B (Z203)

 

 

I: 200 А (MMA), 200 А (TIG)

P: 9 кВт

9 кг

диаметр эл-да: 1.60-5 мм

хот-старт

19940 руб

 

Достоинства: качество изготовления, надежность, гарантия 5 лет,    в некоторых интернет магазине в комплект входит горелка.

Недостатки: требователен к выбору электродов,  завышенная цена.

Вывод: хороший инвертор, однако цена завышена.

Сварог REAL ARC 250 (Z244)

• I: 250 А (MMA), 250 А (TIG)
• P: 9.40 кВт
• 6,6 кг
• диаметр эл-да: 1.50-5 мм
• 15310 руб

Достоинства: качество изготовления, надежность, гарантия 5 лет, уверенная работа при скачках напряжения. 

 

Недостатки: маленькая длина кабелей.

Вывод: хороший аппарат с завышенной ценой для  небольшой мастерской.

Wert MMA 250N

 

 

• I: 250 А (MMA), 250 А (TIG)
• P: 5.20 кВт
• 2,6 кг
• диаметр эл-да: 1.60-5 мм
• защита от прилипания
• хот-старт
• 5850 руб

Достоинства: маленькие габариты, мощность,  цена.

Недостатки: маленькая длина кабелей, низкое качество сборки.

Вывод: оптимальное отношение цена/мощность, варит детали большой толщины.

ELITECH ИС 200Н

• I: 200 А (MMA)
• P: 7 кВт
• 3,8 кг
• диаметр эл-да: 1.60-5 мм
• защита от прилипания
• хот-старт
• 4990 руб

Достоинства: маленькие габариты, большая мощность, легкость в использовании,  отключение при перегрузке, цена.

            Недостатки: маленькая длина кабелей, шумный вентилятор охлаждения.

            Вывод: хорошее соотношение цена/мощность, может варить  детали значительной толщины.

 

Сварочный аппарат Wert MMA 200N

 

• I: 200 А (MMA), 200 А (TIG)
• P: 4.50 кВт
• 2,5 кг
• диаметр эл-да: 1.60-5 мм
• 4750 руб

Достоинства: маленькие габариты, простота при эксплуатации,  220V, отключение при перегрузке, цена.

Недостатки: маленькая длина кабелей,  нет функции антиприлипания,  легко сбивается настройка силы тока.

Вывод: недорогой инвертор с достойными характеристиками, подойдет для кустарных мастерских.

РУСЭЛКОМ TIG 160 MMA

 

• I: 160 А (MMA), 160 А (TIG)
• P: 5.30 кВт
• 10,5 кг
• диаметр эл-да: 4 мм
• 11440 руб

Достоинства: отключение при перегреве, наличие TIG режима, газовая горелка в комплекте.

Недостатки: маленькая длина кабелей, небольшие показатели силы тока, относительно незначительная мощность.

Вывод: хороший аппарат  для аргоно дугового соединения различных металлов.

ELITECH ИС 160

• I: 140 А (MMA), 140 А (TIG)
• P: 4.50 кВт
• 4,5 кг
• диаметр эл-да: 1.60-4 мм
• защита от прилипания
• хот-тарт
• 5079 руб

Достоинства: маленькие габариты, легкость в использовании, 220V, отключение при перегреве, цена.

Недостатки: маленькая длина кабелей,  легко можно сбить настройку силы тока.

Вывод: недорогой инвертор с хорошими характеристиками, подойдет для небольших мастерских.

Wester TIG 200

• I: 200 А (MMA), 200 А (TIG)
• P: 8.80 кВт
• 7 кг
• диаметр эл-да: 1.60-5 мм
• защита от прилипания
• хот-старт
• 15 330 руб

 

Достоинства: маленькие габариты, простота в обслуживании, 220V, отключение при перегреве, индикация неисправности.

Недостатки: маленькая длина кабелей, высокая цена

Вывод: профессиональный инвертор со временем непрерывной работы на максимальном токе 7 минут.

Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки

Дуговая  электросварка в среде аргона обладает рядом преимуществ:

• в ходе сваривания расплав изолирован от атмосферного кислорода. В результате не образуются окислы, которые снижают качество сварного соединения;
• качество сварного шва выше, чем у других видов дугового сваривания;
• свариваются материалы, которые невозможно сварить другими способами: легированные нержавеющие или высокоуглеродистые стали, цветные металлы, в том числе алюминий; 
• визуальный контроль всех стадий процесса;
• не происходит перегрева свариваемых деталей. В результате готовое изделие не теряет заданную форму;
• процесс легко механизируется и автоматизируется.

Недостатки:

• защитный газ легко сдувается ветром. Поэтому необходимо работать в помещениях.  Нужно предусмотреть защиту органов дыхания сварщиков специальными масками или системами вентиляции рабочих мест;
• ультрафиолетовое излучение наиболее опасных для кожных покровов и зрения длин волн;
• при сваривании токами, величиной более 180 А, необходимо водяное охлаждение горелки, что усложняет оборудование и снижает его мобильность.

---