Как самостоятельно выполнить аргоновую сварку?

Когда необходимо сформировать неразъемное соединение деталей из нержавеющей стали, меди, титана, алюминия, а также ряда других металлов цветной группы и сплавов на их основе, чаще всего используется сварка аргоном. Процесс ее выполнения является достаточно трудоемким и специфическим.

Процесс сварки в среде аргона

Технология сварки аргоном

Основной принцип работы — сварка выполняется электродуговым способом в атмосфере защитного газ.

Сварка аргоном

Большая часть цветных металлов, нержавейка и высоколегированная сталь отличаются от черных металлов тем, что в нагретом состоянии проявляют высокую химическую активность и взаимодействуют с кислородом воздуха, образуя окислы и теряя полезные присадки.

Это существенно ухудшает как свойства самого шва, так и металла в околошовной области. Шов получается непрочным, а сплавы теряют свои свойства, обусловленные легирующими добавками. Еще хуже дело обстоит с алюминием и некоторыми другими легкими металлами — они возгораются.

Чтобы избежать этих неприятных последствий, сварку проводят в атмосфере инертного газа — аргона, препятствующего взаимодействию и разогретого металла с кислородом воздуха. Плотность аргона почти в полтора раза больше, чем плотность воздуха, поэтому инертный газ замещает воздух в рабочей области и защищает ее.

Сварка аргоном может выполняться как плавкими, так и неплавкими электродами, обычно вольфрамовыми.

Технология аргонодуговой сварки предусматривает три основных метода:

• MMA (РАД) ручную, вольфрамовым электродом
• MIG/MAG (ААД) автоматическую, неплавким электродом
• TIG (ААДП) –также автоматическую, плавким электродом

Подготовка нержавейки к сварке

Для создания надежного соединения аргонодуговая сварка нержавеющей стали выполняется после обработки поверхностей деталей. Она выполняется в следующем порядке:

• место сварки зачищается наждачной бумагой или щеткой со стальным ворсом;
• после зачистки проводится обезжиривание ацетоном или высокооктановым бензином;
• детали располагают с зазором между ними;
• если проводится сварка тонкой нержавейки, стыкуемые края рекомендуется подогреть до 200 — 300˚C, чтобы уменьшить напряженность металла, и предотвратить образование трещин.

Диаметр присадочной проволоки подбирается в соответствии с толщиной соединяемых деталей. Содержание легирующих добавок в ней должно быть больше чем в свариваемой нержавейке.

Особенности аргонной сварки

Аргоновая сварка отличается от обычной несколькими особенностями. Основным рабочим инструментом в составе аппаратного комплекса служит горелка. В ней по центру закрепляется вольфрамовый электрод, газ поступает через форсунку.

Электродуга нагревает и расплавляет металл в рабочей области, присадочная проволока, плавясь, дает материал для шва. Состав этой проволоки надо подбирать так, чтобы он был как можно ближе к составу свариваемых металлов.

Технологический процесс состоит из следующих этапов:

• Механическая либо химическая (а в случае сильных загрязнений — и обе) очистка свариваемых поверхностей и околошовной зоны. Необходимо очистить поверхности лот механических загрязнений, масляных пятен и пленки окислов.
• Массовый провод от аппарата присоединяется к свариваемым заготовкам. Следует отметить, что присадочная проволока не входит в состав электроцепи.
• В зависимости от толщины свариваемых деталей выбирается рабочий ток и выставляется на источнике тока.
• За 10-25 сек до розжига дуги подают в рабочую зону газ, открыв вентиль на баллоне. Важно помнить, что отключать подачу газа можно только через 5-15 сек после окончания очередного шва.

Процесс аргоновой сварки

• Горелку с электродом, выступающим на 2-5 мм, следует поднести к месту начала шва по возможности близко к деталям, но не касаясь их. Наилучший зазор, при котором получается аккуратный и надежный шов — примерно два миллиметра.
• Присадочную проволоку следует удерживать перед горелкой, и вместе плавно вести их по линии шва. Очень важно вводить проволоку в рабочую область осторожно и плавно, во избежание образования брызг металла.
• Розжиг дуги выполняется без соприкосновения электрода и заготовок. Для этого в схему добавляют осциллятор, генерирующий мощные импульсы напряжением от 2 до 6 киловольт и частотой до 500 килогерц. Эти импульсы и осуществляют электрический пробой газовой прослойки между электродом и массой.

Режимы аргонной сварки

Для получения надежного шва, требуется правильно выбрать режимы аргонной сварки. Ключевыми параметрами являются:

• Переменный или постоянный ток.
• Полярность сварочного напряжения.
• Значение рабочего тока.
• Темп подачи аргона.

Так, для соединения легких металлов, таких, например, как магний или алюминий, используют переменный ток. Многократная перемена полярности разрушает пленку из окислов, постоянно покрывающей их поверхность.

Выбор режима для аргонодуговой сварки

Роль осциллятора не исчерпывается начальным розжигом дуги. При работе переменным током, во избежание затухания электродуги в момент смены полярности, он продолжает посылать в сварочную цепь высокочастотные импульсы.

Величину рабочего тока определяют, исходя из нескольких параметров:

• Свариваемый металл или пара металлов.
• Толщина и габариты деталей.
• Толщина электрода.

Для облегчения этого выбора существуют специальные справочные таблицы в профессиональной литературе и в руководстве пользователя сварочного аппарата.

Темп подачи аргона устанавливается на основании следующих факторов:

• Скорость сварки и подачи присадочной проволоки.
• Скорость перемещения воздушных масс в рабочей зоне.

Расход газа при постоянном и переменном токе

При наличии сквозняков или сварке на открытом воздухе необходимо будет скомпенсировать сносимый аргон увеличением подачи. В случае сильных порывов ветра для подачи аргона применяют специальные форсунки с ячеистыми сетками.

Кроме того, при работе на открытом воздухе или в случаях, когда не удается полностью очистить поверхность заготовок от загрязнений, в рабочую смесь включают небольшую долю кислорода (до 5 %), чтобы выжечь примеси или обратить их в шлак. Этот примем неприменим при работе с медью, поскольку в результате цепи химических реакций шов выходит пористым и непрочным.

Преимущества и недостатки

К очевидным преимуществам метода относят:

• Высококачественный и прочный шов
• Малая степень нагрева заготовок позволяет сваривать без деформаций конструкции сложной формы.
• Возможность сваривать химически активные в нагретом состоянии материалы, которые бывает затруднительно или невозможно соединить другими способами.
• Повышение скорости работы благодаря высокой температуре дуги.

Кроме перечисленных достоинств, у метода есть и недостатки:

• Сложность аппаратного комплекса и его настройки
• Высокие требования к квалификации и навыкам сварщика

Недостатками данной технологии являются:

• использование сложного сварочного оборудования;
• необходимость в специальных знаниях и достаточном опыте выполнения подобных работ.

Аргонодуговая сварка дает возможность делать прочные и долговечные швы, отличающиеся высокой равномерностью проплавки свариваемых заготовок. Она позволяет сваривать как тонкостенные, так и толстостенные конструкции из цветных металлов в разных их комбинациях.

Использование сварки аргоном позволяет получать качественные и надежные сварные соединения, характеризующиеся равномерной проплавкой соединяемых деталей. Применяя аргонодуговую сварку плавящимся электродом, можно сваривать детали из цветных металлов небольшой толщины даже без применения присадочной проволоки.

Подготовьте металлический стык и сварочный стол

Подготовка стыков — важный аспект сварки TIG. Соединение должно быть полностью чистым, и сварщик должен убедиться, что на нем нет ржавчины, краски, масла или окисления, прежде чем приступить к работе. Стык необходимо очистить шлифовальной машиной или, если будет происходить сварка алюминия, специальным очистителем.

Что касается сварочного стола, потребуется немного металла, чтобы электричество прошло через металл. Сварочный стол — лучший выбор, но подойдет и большой кусок листового металла.

Также необходимо обязательно прикрепить заземляющий кабель зажимом к заготовке, которую вы планируете сваривать. Также рекомендуется покрыть сварочный стол специальным средством, чтобы не допустить прилипания протекающего металла к столу. Металл должен быть чистым, насколько это возможно, для TIG сварки это чрезвычайно важно.

Виды сварочного оборудования

Для сварки аргоном применяется несколько типов оборудования:

• Ручной процесс — сварщик держит горелку и присадочный материал.
• Полуавтоматический процесс — присадочный материал и газ подаются автоматически в горелку, которую мастер ведет вдоль шва вручную.
• Полностью механизированный процесс – в рабочей области человек отсутствует, подача присадочного материала и ведение горелки осуществляется оператором дистанционно.
• Роботизированный процесс — оператор только вводит программу, а система ЧПУ исполняет ее.

Большое преимущество метода — возможность соединять материалы, сварка которых другими методами затруднительна.

Это могут быть и разнородные металлы на производстве, и стык труб в домашней системе отопления.

Общая информация

Аргонно-дуговая сварка — что это такое? Как работает аргонная сварка? Это, по сути, такая же сварка, как и все остальные, отличие заключается лишь в том, что процесс производит в аргоновой среде. Аргоновая среда — это газовый поток, который направляется в сварочную зону во время сварки. Ниже вы можете видеть схему сварки с применением аргона. Аргон, как и любой другой газ, выполняет при сварке защитную функцию: препятствует окислению металла, улучшает качество шва и ускоряет работу. Аргон для сварки, направляемый в сварочную зону, образует своеобразные «Купол», не позволяя кислороду негативно влиять на качество шва.

Можно варить аргоновой сваркой различные особые металлы, например, титан. В работе можно использовать плавящиеся и неплавящиеся электроды, проволоку из вольфрама. Вольфрамовая проволока зачастую используется при сварке разнородных металлов. Сварка осуществляется как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Ручная сварка в аргоне (РАД сварка) — это самый распространенный и недорогой вид аргоновой сварки. Если выбрана РАД сварка, то желательно использовать неплавящийся электрод. Есть автоматическая сварка аргоном с применением плавящего и неплавящегося электрода (маркировка ААДП и ААД, соответственно). Мы не будем утверждать, что ручная сварка лучше автоматической или наоборот. В конечном итоге, каждый сварщик сам для себя решает, какой метод для него предпочтительнее при выполнении тех или иных работ.

Принцип работы сварочного оборудования

Аппаратный комплекс для сварки в среде аргона включает в себя:

• Сварочный аппарат — инвертор или полуавтомат, развивающий рабочее напряжение в 60-70 В. Возможно использование сварочного трансформатора или выпрямителя.
• Осциллятор — генератор импульсов напряжением 2-6 киловольт и частотой от 150 до 500 килогерц. Служит для розжига электиродуги и ее поддержания при работе переменным током.
• Устройство для подачи газа в рабочую область, включающее в себя баллон, редуктор и шланг, присоединяемый к горелке.
• Керамическая горелка.
• Неплавкий электрод и присадочный материал.

Процесс аргонодуговой сварки

Перед началом сварки проводится настройка параметров работы и зачистка деталей. В правую руку сварщик берет горелку, в левую — присадочную проволоку, не входящую в состав электрической цепи. За 15-20 сек до начала работы нужно подать газ к началу шва с помощью вентиля или кнопки подачи аргона.

Электрод подводят на расстояние около двух миллиметров к заготовкам, не касаясь металла. На электрод подается напряжение. Это удобно делать ножным коммутатором. Осциллятор выдает серию импульсов и осуществляет пробой газового промежутка, разжигая дугу.

Вольфрамовые электроды для сварки аргоном

Мастер плавно, без рывков и касаний электрода вводит проволоку в рабочую область, проволока плавится и заполняет пространство между соединяемыми заготовками, формируя материал шва. Одновременно нужно вести горелку по траектории шва и подавать присадочный материал. Ручная сварка требует отменной координации движений и хорошего глазомера.

Подготовительные мероприятия

Прежде чем приступить к работе и начать выполнять какие-то сварочные работы TIG сваркой, сварщик должен как следует подготовиться. Это означает, что необходимо убедиться, что металлические края к соединению готовы, и что ваша рабочая зона настроена должным образом. Также необходимо учитывать приготовления, связанные с дуговой сваркой различных типов металлов.

Но прежде чем приступить к какой-либо работе, убедитесь, что на вас надета защитная экипировка. Защитное снаряжение включает сварочный шлем, комбинезон, кожаные перчатки и обувь. Иногда угол, размер или вид сварного шва указываются на сварочных чертежах с помощью специального символа сварки. Для сварщиков понимание символов так же важно, как и обучение сварке.

Марки аргона используемые при сварке

Государственный Стандарт 10157-79 определяет три марки аргона для использования при сварке:

• А — содержит 99.99% аргона, служит для работы с химически активными и редкими металлами, такими, как титан или цирконий, и для окончательной сварки особо важных конструкций.
• Б — содержит 99.96% аргона, используется для работы с алюминиевыми и магниевыми сплавами и другими материалами, подверженными воздействиям растворимых в металле газов.
• В — содержит 99.90% аргона, применяется для работы по нержавейке, легированным высокопрочным и жаростойким сталям, а также по алюминию в чистом виде.

Технические характеристики аргона для сварки

Весь аргон, выпускаемый промышленностью, сертифицируется по одной из трех марок.

Самостоятельное выполнение сварочных работ

Самостоятельно собрать аппаратный комплекс для ручной аргонодуговой сварки вполне реально для домашнего мастера, обладающего достаточными знаниями и навыками в области электротехники, сварочных и слесарных работ.

Для этого потребуется:

• Трансформатор с амперметром для контроля рабочего тока.
• Коммутатор, или контактор, подающий напряжение на электрод.
• Осциллятор с индуктивно – емкостным фильтром и реле для его включения.
• Регулятор подачи аргона.
• Горелка для аргона.
• Баллон, редуктор и газовый шланг.
• Электроды из вольфрама различного диаметра.
• Источник питания коммутирующих приборов напряжением 24 в.
• Газовый клапан с электроприводом.
• Реле включения осциллятор.
• Балласт для уменьшения постоянной составляющей тока, подключаемый в разрыв сварочной цепи. Вместо специального устройства подойдет старый автомобильный аккумулятор на 50-80 ампер-часов.
• Средства индивидуальной защиты сварщика: маска, краги, брезентовая спецодежда с негорючей пропиткой.

Все эти элементы комплекса можно приобрести сравнительно недорого. Однако если нет уверенности в своих способностях электротехника и газовщика, или время дорого-на рынке такой аппаратный комплекс TIG предлагается по цене от 20 тыс. руб.