Изолирующие / продувочные газы

Для предотвращения влияния данных негативных факторов на сварное соединение, необходимо обеспечить защиту не только лицевой его стороны, но и обратной стороны сварного шва, с применением метода продувки.

Продувка сварного шва - вытеснение/замещение в непосредственной близости от стыка путем подачи инертных газов, кислорода, водяного пара и любых других газов или паров, которые оказывают негативное влияние на сварочную ванну во время процессов сварки или сразу после их окончания.

Применение данного метода для защиты обратной стороны сварного шва необходимо при выполнении первого (корневого) прохода при соединении двух отдельных деталей. После завершения корневого прохода можно остановить процесс продувки, если технологией не предусмотрено, что продувку следует выполнять при наложении заполняющих и облицовочных швов.

Основой для такой защиты служат изолирующие или проточные газы.

Проточные защитные газы применяются для защиты обратной стороны сварного соединения при заварке корня шва, для снижения его оксидирования в процессе контакта с воздухом окружающей среды.

Выделяют как правило три типа проточной газовой защиты сварного соединения:

- продувка защитными газами определенного участка сварного соединения на начальных этапах сварки, для вытеснения воздуха и замещение его самими газами, для изоляции кромок свариваемого металла от контакта с окислителями окружающей среды, с целью предотвращения возникновения непровара кромок, при наложении корневого шва;

- продувка защитными газами обратной стороны сварного соединения, при выполнении корневого шва, с целью снижения оксидирования шва при контакте с воздухом, и следовательно снижения количества остаточного кислорода в металле шва.

- вытеснение воздуха из всей зоны сварного соединения, применяется в основном при сварке резервуаров из легированной стали. Резервуары накачиваются газами, для полного вытеснения воздуха, на этапах окончания сварки, для предотвращения оксидирования обратной стороны сварного шва, на этапах его остывания и окончательной кристаллизации.

Они могут применяться комплексно поэтапно в течение одного процесса, или раздельно друг от друга, в зависимости от типа свариваемого металла, особенностей конструкции/изделия или типа сварки.

Защита обратной стороны сварного шва от излишнего оксидирования при использовании всех трех типов, позволяет не только избежать непровара и других сопутствующих дефектов при наложении корневого шва, но и повлиять на формирование самого шва на всем протяжении сварочного процесса.

В качестве проточных газов обычно используются инертные газы не способные к химическим реакциям и имеющие крайне низкую растворимость в металлах, такие как:

● аргон (Ar) самый универсальный и широко применяемый для этих целей газ;

● гелий(He) выступает как альтернатива аргону, имеет ряд преимуществ, но значительно дороже аргона и более летуч, поэтому его применение связано с определёнными трудностями;

● азот (N2) также используется для вышеуказанных целей, но ограниченно применим по отношению некоторым маркам нержавеющих сталей.

Проточные защитные газы подаются с использованием специализированных приспособлений, строго рассчитанных для определенного сварного соединения. Газы должны течь очень медленно (целью медленного поступления газа в районе 5-7л/мин, является снижение эффекта турбулентности, которая значительно удлинила бы процесс продувки), чтобы покрывать как можно большую площадь, для обеспечения максимальной защиты от атмосферного воздействия, следовательно их количество должно минимальным, увеличение скорости потока защитных газов, не всегда уменьшает время их подачи, это нужно помнить при подборе газов.

Для мониторинга процесса обычно используется кислородный датчик, расположенный в непосредственной близости от сварного шва, или рядом с выпускным отверстием, при сварке резервуаров, труб, фитингов. Они могут быть ручными с питанием от батарей, или стационарными с питанием от эл.сети, соответственно с разной мощностью насосов, скоростью сбора и вывода данных, и функционалом.

Продувочные газы должны иметь высокую степень чистоты, чтобы обеспечивать должную защиту зоны сварки, поскольку при выполнении сварных швов в аргоне или гелии, при содержании в них даже 0,05% кислорода, будут вызывать протекание окислительных реакций.

Для продувки сварных швов доступно множество запатентованных принадлежностей, подходящих для всех типов сварных соединений.

1. Ручные защитные экраны с ограниченным радиусом действия предназначены для защиты небольшого участка сварного соединения непосредственно участвующего в сварке. Экран крепится непосредственно к сварочной горелке, подачей газа в сварочную ванну и на обратную сторону шва. Применяются как правило при сварке титана и его сплавов.

Ручной экран обеспечивает большее по времени удерживание газовой сферы над зоной сварного шва, по сравнению с обычной сварочной горелкой, что способствует предотвращению окисления шва при остывании металла. Они могут быть плоскими или закругленными для внешней или внутренней сварки. широкий спектр щитов, имеется целый спектр экранов для TIG/GTAW или MIG/GMAW сварки.

2. Для сварки труб, прямых фитингов, корпусов шаровых кранов с открытыми торцами чаще всего используются надувные системы продувки труб которые состоят из 2-3 мешков (известные как дамбы), располагающихся в торцах изделий, соединенных между собой гибким рукавом длиной около 500 мм, пространство между дамбами заполняется инертным газом, замещающим собой имеющий внутри труб воздух. Дамбы выполняются из теплоустойчивого материала, не склонного к образованию прожогов при контакте с пламенем сварочной дуги. Вытеснение воздуха производятся через специальные отверстия в рукаве, в сторону одного из торцов. За счет особенностей конструкции могут применяться для сварки труб очень большого диаметра (свыше 500мм).

Контроль остаточного кислорода осуществляется с помощью кислородного датчика, с дальнейшей продувкой, до достижения заданного его уровня для начала сварки.

3. Для сварки тройников, разветвителей, многосторонних фитингов используются системы продувки с двойным силиконовым уплотнением (для создания воздухонепроницаемого уплотнения) и гибким бронированным шлангом-кабелем, разработанные для сокращения объема используемого инертного газа и времени продувки.

На производстве распространены 2 типа систем с силиконовым двойным уплотнением:

• для небольших труб диаметром 16-38мм;

• для труб диаметром до 320мм.

Уплотнительные диски для торцов свариваемого изделия выполняются двойными для повышенной устойчивости. Конструкция гарантирует, что хотя бы один диск всегда будет плотно прилегать к стенке трубы со 100% уплотнением. Диски устойчивы к ультрафиолетовому излучению и температуре до 330ºC с продолжительностью воздействия до одного часа.

Газ подается в специальную распределительную камеру, через встроенный диффузор, что обеспечивает равномерный поток газа и предотвращает турбулентность газа за сварным швом. тем самым сводя к минимуму риск попадания кислорода в сварочную зону, в то же время обеспечивая чрезвычайно высокую короткое время продувки и значительную экономию газа.

4. Сварочные камеры или кожухи, изготовленные из гибкого полимера, предназначены для сварки таких химически активных металлов, как титан, цирконий и их сплавы. Они доступны в стандартной комплектации длиной 900, 1200, 1500 и 1800 мм, и могут быть оснащены отверстиями для перчаток, шлангов, горелок.

Кожухи широко используются для сварки плоских или объемных конструкций, круглого или квадратного (прямоугольного) сечения, для защиты непосредственно сварочной ванны или обратной стороны сварного шва.

При защите непосредственно сварочной ванны придется производить сварку через специальные отверстия, что создаст определенные трудности при сварке объемных конструкций, но в тоже время при защите обратной стороны сварного шва позволяет изолировать от контакта с воздухом довольно большие площади свариваемой детали или конструкции.

Подача газа осуществляется через специальные шланги с использованием демпферов, выходные отверстия для вытеснения воздуха из защищаемой зоны снабжены клапанами, препятствующими попаданию воздуха обратно в кожух/камеру. Контроль подачи газа осуществляется с помощью расходомера, а концентрация остаточного кислорода — с помощью кислородного датчика, конструкция кожуха теплоустойчивая.

Заключение

Необходимо помнить, что все металлы и их сплавы содержат жидкости или газы, невидимые для человеческого глаза, которые в процессе выделения при процессах сварки будут оказывать негативное влияние на сварной шов.

Создание оптимальных условий для получения качественных сварных соединений из нержавеющей стали, титана и других специфических металлов применимых в атомно-энергетической, нефтегазовой, судостроительной, аэрокосмической и других отраслях промышленности требуют соответствующих инструментов для создания идеальной рабочей среды.

Использование проточных и изолирующих газов, и соответствующего оборудования для их внедрения в сварочные процессы имеют большое значение для противодействия процессам окисления и могут существенно повлиять улучшение характеристик сварного шва.

Применение подходящего оборудования с необходимым количеством компонентов является залогом для обеспечения и поддержания заданных параметров на всем протяжении сварочного процесса.