Защитные сварочные газы: какие бывают и где применяются

Сварочные газы делятся в основном на 3 категории:

- изолирующие (проточные защитные газы, уплотняющие);

- защитные (инертные или активные);

- горючие, применяются в основном в газосварке и газорезке.

В этой статье мы подробнее рассмотрим категорию защитных газов. Эти газы в формате газовой оболочки поверхности сварочной ванны служат для защиты ее от контакта с окислителями и вредными примесями воздуха окружающей среды, во время процессов сварки, в чистом виде или в составе различных смесей. Газы подразделяются на инертные и активные, а также их смеси в различном процентном соотношении.

Инертные защитные газы не способны к химическим реакциям, в связи с тем, что электронные оболочки их атомов заполнены электронами, по этой же причине, они имеют крайне низкую растворимость в металлах.

● Аргон (Ar) — бесцветный нетоксичный одноатомный газ, без запаха и вкуса. Составляет 0,93% атмосферного воздуха Земли. Химически инертен по отношению к расплавленному металлу сварочной ванны и другим газам, присутствующим в зоне сварки, подходит для сварки химически активных или тугоплавких металлов. Надежно ограждает сварочную ванну от контакта с окружающим воздухом, так как на 28% тяжелее его, и при подаче аргона в зону сварки, он полностью замещает собой воздух в месте контакта со свариваемым изделием.

Применение:

- создание изолирующей газовой оболочки при ручной, механизированной и автоматизированной сварке открытой дугой, на всем протяжении сварочного процесса, в том числе и для продувки обратной стороны сварного шва. А также для заполнения резервуаров, для равномерного протекания постсварочных процессов, при сварке легированных сталей;

- улучшение характеристик сварочной дуги и стабильности процессов переноса металла, в составе смесей с диоксидом углерода (CO2), водородом (H2), гелием (He) или кислородом (O2);

- применяется в качестве плазмообразующего газа при плазменной сварке и резке металлов;

● Гелий (He) - бесцветный нетоксичный одноатомный газ, без запаха и вкуса. Составляет 0,00052% атмосферного воздуха Земли. Также как и аргон химически инертен, по отношению к металлам и газам сварочной ванны, но в отличие от него легче воздуха на 86%. Не горюч, имеет высокую теплопроводность и ионизационный потенциал, чаще всего применяется для дуговой сварки не плавящимся вольфрамовым электродом цветных металлов, как компонент среды защитных газов.

Применение:

- создание изолирующей газовой оболочки при ручной, механизированной и автоматизированной сварке открытой дугой, на всем протяжении сварочного процесса, при сварке коррозионностойких сталей, цветных металлов и магниевых сплавов;

- сварка толстостенных конструкций, с оптимальными характеристиками сварного шва, за счет обеспечения больше выделения тепла, а следовательно более глубокого проплавления, при меньших по сравнению с другими газами значениях сварочного тока;

- поддержание оптимальных условий устойчивости горения сварочной дуги, с минимальной потерей металла на разбрызгивание;

- наилучшее обеспечение защитной среды при сварке потолочных швов, за счет того что, гелий легче воздуха;

- уменьшение образования озона при сварке алюминия и его сплавов;

Из-за повышенного расхода, более высокой ионизации, что осложняет зажигание сварочной дуги, и более высокой стоимости, гелий в сравнении с аргоном имеет более ограниченную сферу применения.

● Азот (N2) - бесцветный нетоксичный двухатомный газ, без запаха и вкуса, составляющий 78% атмосферного воздуха Земли. Не горючий газ, по отношению к расплавленным металлам сварочной ванны и присутствующим в ней газам также химически инертен.

Применение:

- в качестве компонента в составе смесей, для обеспечения защитной газовой среды при механизированной и автоматизированной сварке нержавеющей стали;

- в качестве защитной газовой среды при ручной сварке неплавяшимся электродом меди и ее сплавов;

- в качестве защитной газовой среды обратной стороны сварного шва, с подачей методом продувки, при ручной и механизированной сварке труб из нержавеющей стали;

- в качестве защитной газовой среды при лазерной сварке и плазменной резке, также служит для усиления мощности плазменной дуги;

- улучшает механические свойства свариваемых металлов и сплавов, и способствует снижению образования питтинговой коррозии;

- так же как и гелий способствует обеспечению процессов с боле глубоким проплавлением свариваемых деталей;

- в качестве консервационного газа после завершения процессов сварки внутри резервуаров, емкостей, теплообменников, для сохранения их геометрии до заполнения их необходимым продуктом.

Активные защитные газы также служат для обеспечения защиты зоны сварки от контакта с воздухом, и содержащимися в нем вредными примесями, но в отличие от инертных газов, они вступают в химические реакции со свариваемыми металлами, и склонны к растворению в них.

● Углекислый газ (двуокись углерода (CO2) - бесцветный нетоксичный трехатомный газ, без запаха, с едва различимым кисловатым вкусом, составляющий 0,04% атмосферного воздуха Земли. Не горючий газ, химически активен, способен к вступлению в химические реакции с другими газами, присутствующими в сварочной ванне, растворим в расславленном металле сварного шва.

Применение:

- в качестве защитной газовой среды при механизированной и автоматизированной сварке плавящимся электродом низкоуглеродистой сталей и сплавов;

- в качестве компонента смесей, используемых для создания защитной газовой среды при механизированной и автоматизированной сварке плавящимся электродом в том числе нержавеющих сталей и сплавов;

- способствует обеспечению условий для более глубокого провара с меньшей шириной шва, по сравнению с аргоном, но имеет более жесткие показатели устойчивости горения дуги, с большей потерей металла на разбрызгивание;

- в сочетании с аргоном и/или гелием, в различных пропорциях, сохраняет показатели по глубине провара, но при этом показатели жесткости горения сварочной дуги выравниваются за счет присутствия инертных газов;

- в качестве смеси углекислого газа с кислородом обеспечивает более высокие температурные показатели в зоне сварочной ванны, позволяя увеличить скорость сварки, при сохранении заданной глубины провара, но при этом, за счет наличия кислорода, увеличиваются окислительные реакции металла, что несколько снижает механические свойства сварного соединения.

● Кислород (O2) - бесцветный нетоксичный двухатомный газ, без запаха и вкуса, составляющий 21% атмосферного воздуха Земли. Поддерживает горение, химически активен, способен к вступлению в химические реакции с другими газами, присутствующими в сварочной ванне, растворим в расславленном металле сварного шва.

Применение:

- как дополнительный компонент смеси горючих газов, в качестве катализатора усиления процессов горения при газовой сварке, пайке и резке металлов и сплавов;

- в качестве компонента в смеси с углекислым газом и аргоном, увеличивает ширину сварного шва, при снижении глубины проплавления, усиливает процессы тепловыделения;

- в качестве компонента смесей защитных газов увеличивает текучесть расплавленных металлов сварочной ванны, ускоряет процессы сварки, увеличивает производительность;

- основной компонент при плазменной резке с применением с гафниевых электродов, применим для углеродистой стали;

- дополнительный компонент для использования при кислородно-дуговой резке металлов и сплавов.

● Водород (H2) - бесцветный нетоксичный двухатомный газ, без запаха и вкуса. Составляет 0,00005% атмосферного воздуха Земли. Самый легкий из всех газов, вес 1м3 водорода составляет примерного 89.8г, что в 14,39 раза меньше веса воздуха того же объема. Нетоксичен, Поддерживает горение, высоко химически активен, вступает в химические реакции с другими газами, присутствующими в сварочной ванне, растворим в расславленном металле сварного шва.

Применение:

- как дополнительный компонент в процентном соотношении примерно 30-40% при плазменной резке нержавеющих сталей для увеличения производительности процессов резки и уменьшения количества образовывающегося шлака;

- как основной компонент при атомно-водородной сварке и резке тугоплавких металлов и сплавов, таких как вольфрам и др.;

- в качестве дополнительного компонента в смеси с аргоном при сварке аустенитных нержавеющих сталей.

В заключении, отметим, что очень важно выбрать наиболее подходящий сварочный газ, поскольку он может значительно улучшить качество, скорость и производительность сварки/наплавки вашего сварного изделия/конструкции. Газ, при правильном подборе играет определяющую роль в формировании механических свойств сварного шва, характеристик сварочной дуги и показателе глубины провара, при протекании сварочных процессов.

Важно помнить, что при процессах дуговой сварки в среде защитного газа используются только три чистых газа: аргон (Ar), гелий (He) и диоксид углерода (CO2), а добавление других газов, таких как кислород (O2), азот (N2) и водород (H2), оказывает влияние на изменение характеристик дуги, или свойства расплавленного металла сварочной ванны.