Аргонно-дуговая сварка: технология

Определение «аргонно дуговая сварка» не совсем верно с технологической точки зрения – правильнее было бы сказать «дуговая сварка в инертной или аргоновой среде». Сам газ Ar не относится к числу горючих элементов таблицы Менделеева, наоборот, в процессе он защищает шов от нежелательного вмешательства в горение других газов. Этот метод позволяет работать с разными цветными металлами и сплавами.

Необходимая техническая информация

Зачастую необходимость в аргонно-дуговой сварке возникает не только на предприятиях, но и дома. Например, вам потребуется ремонт автомобиля или электрического бойлера, где бак сделан из нержавеющей стали, хотя есть много других агрегатов, в изготовлении которых задействованы сплавы и цветмет. Поэтому, зная технологию процесса, вы сможете научиться варить самостоятельно. 

Что это такое

Эта технология предусматривает на первый взгляд странное гибридное сочетание газа и электричества. Тем не менее, метод сварки в среде аргона функционирует и позволяет работать практически со всеми металлами. Более всего такой метод востребован для сварки нержавеющей стали, чугуна, меди и алюминия – их чаще всего используют при создании разных узлов и механизмов. В бытовом плане практически каждый человек сталкивается с продуктами, где применялся аргонно-дуговой метод – это маленькие бронзовые крючки для вешалки, различные люстры, бра и торшеры или задняя часть нашего холодильника.

Как видите, аргонно-дуговая сварка или, точнее, продукты, которые невозможно было бы сделать без её применения, окружают нас в быту, следовательно, такой метод очень даже может пригодиться любому домашнему умельцу. Но, как известно, рождение хорошего специалиста-практика всегда должно быть подтверждено теоретическими знаниями, и иначе не бывает. Здесь, конечно, не понадобится изучать состав элементов по таблице Менделеева, но вот без знания и понимания физических процессов плавления металлов в инертной среде никак не обойтись.

Технология сварки аргоном содержит в себе разрешение дилеммы: для поддержания горения нужен кислород, но O2 способствует окислению металлов, что неблагоприятно сказывается на соединении. При застывании сварочной ванны там образуется множество пузырьков, что никак не содействует прочности шва, а если это алюминий, то он попросту сгорает. Инертный аргон, подаваемый на ванну, окутывает место сварки защитным облаком, что минимализирует процесс окисления. Как видите, инертный газ является изоляцией от других элементов, которые есть в обычном воздухе в естественных условиях, то есть, от воздуха, которым мы дышим. Ar тяжелее всех составных газов из этого состава, поэтому сварочная дуга и часть ванны оказываются в его оболочке. 

Примечание: в некоторых случаях вместо аргона (Ar) используют гелий (He) – это тоже инертный газ. Но такое происходит скорее в виде исключения, нежели правила, так как гелий гораздо дороже.

Обратите внимание, почему предпочтение отдают именно аргону:

• Ar тяжелее всех атмосферных газов, следовательно, он способен вытеснить их из ванны;
• инертный Ar не вступает в реакцию с веществами, которые присутствует во время сварочного режима.

Примечание: в некоторых случаях вместо аргона (Ar) используют гелий (He) – это тоже инертный газ. Но такое происходит скорее в виде исключения, нежели правила, так как гелий гораздо дороже. 

Теперь поговорим о методах, при которых такой процесс осуществляется в настоящее время. Существует всего три способа:

• Ручной. Когда сварщик работает ручной аргонодуговой сваркой, ему необходимо задействовать обе руки – в одной из них придется держать горелку, а другой пруток.
• Полуавтомат. Сварщик удерживает и направляет горелку рукой, а пруток подается автоматически.
• Автомат. Перемещение горелки и прутка осуществляется автоматически, но под наблюдением оператора. Также есть линии, на которых функции человека выполняет робот с числовым программным управлением.

Оборудование

Когда человек хочет разобраться, как правильно варить аргонодуговой сваркой и сталкивается с большим разнообразием материалов и инструментов, то большинство людей, как минимум, впадают в состояние растерянности. Но это только временное явление, так как современный вариант сварочного оборудования предлагает универсальные технологии, предназначенные для широкого спектра действий.

Есть три типа установок, которыми пользуются в быту и в промышленности:

• Специализированные – такое оборудование предназначено для выполнения одной и той же операции. Как правило, это автоматы, которые монтируют на конвейерных линиях промышленных предприятий.
• Специальные – такие агрегаты тоже больше нужны для заводов, верфей и ремонтных цехов, где обрабатываются детали одного размера.
• Универсальные – установки, которые нужны и в быту, и почти на каждом производстве. Это самая обыкновенная, привычная всем ручная аргонодуговая сварка, которой можно пользоваться в двух первых случаях.

Вполне естественно, что для полноценного проведения сварочных работ нужно полное оснащение, и мы обратим внимание на комплектацию именно универсальных установок:

• источник тока TIG или MIG сварки – трансформатор или инвертор;
• стальной баллон в комплекте с редуктором для Ar/He;
• горелка со шлангом для подачи инертного газа от баллона;
• осциллятор для бесконтактного розжига;
• электроды из вольфрама или графита – диаметр зависит от толщины заготовок для соединения;
• присадочный пруток нужен для сваривания толстых металлоконструкций. Это проволока из металла, аналогичного заготовке. Её толщина напрямую зависит от толщины металла заготовок;
• защитные средства в виде сварочной маски со специальным стеклом (для лица и глаз), а также рукавицы, как предупреждение ожогов рук.

Сварочные работы

Как и любая работа, сварочный процесс начинается с подготовки инструментов и материалов. Место, где в дальнейшем будет шов, нужно очистить от грязи и коррозии – для этого обычно используют металлическую щетку, а от чистоты краев (отсутствия там нежелательных элементов) будет зависеть качество сварки. Присадочный пруток подбирается по толщине свариваемого металла. К обрабатываемой заготовке присоединяется кабель массы (захват крокодилом), а горелка подключается к TIG и через шланг к баллону. 

Существует несколько сварочных технологий, но они в основном нужны для промышленных предприятий при изготовлении деталей с повышенной точностью параметров. Поэтому, обратим внимание только на две из них:

• TIG - это ручная аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом, где присадка подается вручную.
• MIG/MAG – автоматизированная сварка плавящимся электродом (автоподача).

Для таких технологий можно использовать агрегаты, поддерживающие что-то одно, а можно применять универсальные аппараты, например, такие, как на верхней фотографии. В любом случае, это будет очень удобно для домашних условий, а также для начинающего (будущего) специалиста по сварочным работам. 

Выбор прутка

Для заполнения сварочной ванны однородным металлом используются специальные присадочные прутки. Учитывая тот факт, что работать приходится с разными металлами, то и состав будет разным. Их можно классифицировать по однородным материалам:

• нержавеющая сталь;
• алюминий и сплавы;
• медь и сплавы;
• никель для чугуна.

Проволока

Сварочная проволока продается в расходниках, как на фото вверху. Материал производится согласно требованиям ГОСТ 2246-70 (не обновлялся) и ТУ 1227-220-10557608-2015 (последнее обновление). Её качество и назначение можно определить по маркировке, заключенной в аббревиатуре:

• CB – указывает на принадлежность к сварке;
• 08 – процентный состав углерода (C);
• Г – указывает на присутствие марганца (Mn);
• 2 – процентный состав Mn;
• C – присутствие кремния (Si) ≤1%.

Если в конце маркировочной аббревиатуры стоит символ «O», это указывает на медное покрытие (омеднение). Так, проволока с медным покрытием может быть толщиной от Ø 0,8 до Ø 2,0 мм. Когда покрытие отсутствует, то сечение варьируется Ø 0,6-6,0 мм. 

Аргон

Элемент, находящийся в таблице Менделеева под порядковым №18 и больше известный, как аргон (Ar), почти полностью растворяется в жидких (расплавленных) металлах и не вступает с ними в химическую реакцию. Этот газ на 38 единиц тяжелее воздуха, которым мы дышим, поэтому он обволакивает дугу и зону плавления в сварочной ванне, защищая её от окисления. Аргон, как правило, используют в сварках типа TIG, MIG/MAG.

Газ Ar чаще всего нужен:

• в строительстве для аргонодуговой сварки труб из меди чугуна и нержавеющей стали;
• в машиностроении и ракетостроении, например, как сварка титана в среде аргона;
• в горнодобывающей промышленности.

Шланги и фитинги

Как правило, самым слабым звеном, особенно, если это ручная аргонодуговая сварка, является прорезиненный шланг, он же рукав. Как вы сами понимаете, его постоянно перемещают с места на место, и он при этом выгибается, что никак не может способствовать постоянной целостности изделия. Этого, конечно, не скажешь о металлических фитингах разного назначения – они служат гораздо дольше рукавов от любого производителя.

Некоторые особенности

Как в любом процессе и технологии, у аргонно-дуговой сварки существуют некоторые особенности. То есть, здесь мы хотим обратить внимание на работу с неплавящимся вольфрамовым электродом. Когда-то люди, которые осваивали этот метод, обязательно должны были окончить профтехучилище или хотя бы пройти специальные курсы, на которые получали направление от предприятия по месту трудоустройства. Но, как всем известно, прогресс и технологии не дремлют – они упрощаются, автоматизируются и в наше время стали доступными практически для любого взрослого человека, желающего овладеть этой профессией. Можно сказать, что сейчас TIG 200A MIG/MAG можно встретить чуть ли не в каждом десятом гараже.

На первый взгляд такой способ ничем не отличается от обычной дуговой сварки в инертной среде, но это не так. Здесь есть следующие нюансы:

• вольфрамовый электрод не должен касаться поверхности заготовки (как и у обычной электросварки) – здесь для создания дуги используется осциллятор;
• зазор между заготовкой и электродом не должен меняться (рефлекс нарабатывается со временем), чтобы не нарушалась емкость сварочный ванны, от чего зависит качество шва.

Примечание: в отличие от электросварки здесь не нужны маятниковые колебания электрода – он должен передвигаться строго вдоль шва перед горелкой.

Режимы

Рассмотрим четыре режима:

• Этот метод основан на защите сварочной ванны от кислорода, который окисляет металлы, а иногда даже способствует их прожигу (например, алюминий). Такой режим обязывает сварщика следить за аргоновой изоляцией, точнее, за направлением дуги. Начинать процесс без включения аргона запрещено, так как без такой защиты шов попросту будет испорчен. Чтобы закончить шов без возникновения окислов, нужно удерживать отключенную горелку над расплавом еще 5-15 секунд, пока еще идет подача газа.
• Чтобы шов получался равномерным, скорость подачи проволоки не должна изменяться – каждый рывок будет выглядеть, как бугорок или ямка. При автоматической подаче таких проблем не возникает. В ручном способе все зависит от мастерства сварщика – он двигает горелкой и припоем вдоль шва с одинаковой скоростью (пруток обязательно перед горелкой).
• Расход инертного газа будет постоянным, в соответствии с ГОСТ 10157-2016 (исправлено от 10157-79).
• Настройка тока. Правильно выставить этот параметр, не имея опыта, практически невозможно. Следовательно, начинающему сварщику нужно обратиться к таблице, расположенной ниже и это без вариантов.

Важно! Для создания шва высокого качества настройки оборудования могут меняться в зависимости от металла.

Плюсы и минусы аргонно-дуговой сварки

Основные положительные стороны технологии:

• в некоторых случаях самым важным, можно назвать возможность этой технологии к сварке разнородных металлов;
• отличные характеристики шва – высокая точность глубины плавки краев, что особенно важно для тонких заготовок, а также при одностороннем доступе (трубы, обшивка);
• для алюминия и титана это самая оптимальная технология.

Отрицательные моменты:

• в ручном режиме технически невозможно развить большую скорость;
• автоматический режим не позволяет создавать точеные и разнонаправленные швы.

Заключение

Мы выложили основные позиции технологии и материалов для ознакомления с тем, как варить аргоновой сваркой TIG И MIG. Безусловно, прочитав только одну статью, вы не станете сварщиком – без практики в этом деле не обойтись. Но если у вас есть желание, то все обязательно должно получиться.