Роль углекислоты в защите сварочного шва при сварке углекислотой полуавтоматом

Углекислый газ (CO2) играет решающую роль в процессе полуавтоматической сварки, что делает его важным компонентом. Это эссе направлено на изучение причин, по которым CO2 необходим при использовании этого конкретного метода сварки. В настоящей статье более подробно поговорим об углекислоте и зачем углекислота при сварке полуавтоматом нужна.

Преимущества использования углекислота при сварке углекислотой полуавтомат

• Во-первых, углекислый газ действует как защитный газ при сварке. Когда зажигается электрическая дуга, выделяется большое количество тепла, что может привести к быстрому окислению сварочной ванны и электрода. Однако, вводя CO2 в сварочную среду, он создает защитную атмосферу вокруг сварочной ванны, предотвращая ее реакцию с кислородом воздуха. Этот экранирующий эффект обеспечивает более чистый и точный сварной шов, свободный от примесей и дефектов.
• Еще одной ключевой причиной использования баллонов углекислоты для сварки полуавтоматом является его способность уменьшать нежелательные химические реакции во время сварки. Когда металлические поверхности нагреваются, они становятся более восприимчивыми к окислению, что приводит к образованию оксидов, которые могут ослабить сварной шов. Вводя CO2 в качестве защитного газа, он вытесняет кислород, сводя к минимуму образование оксидов и, таким образом, оптимизируя целостность сварного соединения.
• CO2 также играет жизненно важную роль в регулировании скорости охлаждения сварочной ванны. Во время сварки важно убедиться, что металл охлаждается с приемлемой скоростью, чтобы избежать потенциальных проблем, таких как растрескивание или деформация. Используя CO2, можно достичь оптимальной скорости охлаждения, что позволяет получить более стабильный и структурно прочный сварной шов.
• Известно, что CO2 обладает более высокой теплоемкостью, чем другие защитные газы, такие как аргон. Эта характеристика обеспечивает более равномерное распределение тепла, выделяемого в процессе сварки, по сварному шву, сводя к минимуму вероятность локального перегрева или переохлаждения, которые могут снизить прочность сварного шва.

Доступность углекислоты по сравнению с другими сварочными газами делает его популярным выбором. В технологии сварки полуавтоматом с углекислотой, где расходуется большое количество газа, экономичность CO2 становится существенным преимуществом. Эта доступность позволяет сварщикам работать эффективно и получать высококачественные результаты без больших затрат.

• Химические свойства CO2 делают его стабильным и легко управляемым газом при сварке. Его низкая реактивность и негорючесть обеспечивают более безопасную рабочую среду для сварщиков. Также углекислота легко доступна в различных формах, что делает его удобным и простым для интеграции в существующие сварочные системы.
• Еще одним преимуществом использования CO2 при полуавтоматической сварке является его совместимость с широким спектром металлов. Независимо от того, свариваете ли вы низкоуглеродистую или нержавеющую сталь, CO2 оказывается универсальным, адаптируемым и хорошо подходящим для множества сварочных задач, что делает его универсальным выбором для многих сварщиков.
• Использование CO2 во время сварки обеспечивает лучшую стабильность и контроль дуги. Эта стабильность обеспечивает стабильную и однородную сварочную ванну, что необходимо для получения высококачественных сварных швов. Сварщики могут управлять потоком CO2 для улучшения процесса сварки, обеспечивая большую точность и контроль над конечным результатом.
• Окислительная природа CO2 играет решающую роль в удалении примесей, присутствующих на поверхности металла. Эти примеси, такие как прокатная окалина или ржавчина, могут негативно повлиять на качество и целостность сварного шва. Благодаря введению CO2 окислительный эффект помогает устранить эти примеси, обеспечивая чистую, свободную от загрязнений поверхность для сварки, что обеспечивает превосходное качество сварки.

Особенности

Сварка углекислым газом, согласно требованиям ГОСТ, осуществляется с помощью автоматического или полуавтоматического сварочного оборудования, оснащенного горелками, выбрасывающими смесь углекислого газа из сопла. При сварке в углекислом газе важно учитывать, что любое нестандартное приспособление должно выдерживать радиальное истечение газа относительно оси электрода.

Технология сварки полуавтоматом с углекислотой заключается в работе под защитой углекислого газа:

• Перед выполнением работ и продеванием проволоки в дуритовый шланг конец сварочного стержня необходимо смотать, а сам шланг проверить на герметичность и перегибы, так как для равномерной подачи газа в системе должно быть давление. Такие требования ГОСТ необходимо неукоснительно соблюдать. При несоблюдении установленной схемы оборудование быстро выйдет из строя, а качество сварки будет некачественным.
• Перед началом сварки необходимо определить диаметр проволоки, необходимый для обеспечения качественной сварки, соотнести его с толщиной соединяемых заготовок и выбрать режим сварки. В зависимости от выбранного режима сварки необходимо определить расход СО2 и проверить уровень давления в баллоне. Для получения дугового разряда при электросварке конец проволоки касается поверхности рабочей зоны заготовки, при этом проволока освобождается нажатием кнопки пуска на стенде.
• В процессе сварки стабильность дуги, ее способность защищать от окисления кислородом, а также скорость охлаждения металла и форма сварного шва находятся в прямой зависимости от правильного движения и наклона сварочной головки. Резак устройства располагается относительно рабочей поверхности заготовки.
• При использовании сварки углекислотой полуавтоматом улучшается качество сварного шва, снижается напряжение металла после работы, а также обеспечивается прочность соединения между заготовками.

Использование углекислого газа позволяет контролировать процесс сварки, снижает степень загрязнения рабочей поверхности брызгами расплавленного металла, сводит к нулю возникновение дефектов сварки.

Методы сварки

Автоматическое и полуавтоматическое оборудование для газовой сварки углекислым газом может использовать неплавящиеся (вольфрамовые) или плавящиеся электроды. С помощью неплавящегося электрода готовый шов формируется за счет оплавления краевой части заготовки и оплавления присадочной проволоки, поступающей в зону сварки. При использовании расходуемого электрода он плавится в процессе работы и образует металлический материал шва.

Для защиты сварного шва во время работы могут использоваться инертные газы, химически активные газы и газовые смеси. Углекислый газ является активным газообразным веществом. Выбор газа напрямую зависит от физико-химического состава заготовки, а также требований к качеству сварки. Кроме того, выбор сварочного газа должен основываться на экономической целесообразности.

При этом СО2 является одним из самых выгодных источников энергии с экономической точки зрения из-за его низкой стоимости.

Иногда активированный углекислый газ смешивают с другими видами газов. Это делается для повышения стабильности сварочной дуги и увеличения проплавления металла при плавлении. Смесь газа и углекислого газа повышает производительность процесса сварки, а также увеличивает степень перехода металла от сварочного электрода к стыковому соединению.

Рассмотрим наиболее распространенные способы использования углекислого газа для различных видов сварки.

• Комбинация аргона и 25% смеси углекислого газа. Композиция предназначена для использования с плавящимися электродами. Добавление в аргон углекислого газа позволяет работать с высокоуглеродистыми металлами, не создавая при этом пористой структуры внутри сварного шва. Кроме того, углекислый газ повышает стабильность дуги, повышает эффективность сварки на ветру, улучшает качество сварных швов при работе с тонкостенными заготовками.
• Комбинация аргона с 20% углекислого газа и 5% кислорода. Этот газ используется для работы с плавящимися электродами при сварке легированной или углеродистой стали. Газовая смесь повышает стабильность дуги, улучшает форму и качество сварного шва, исключает появление пористости.
• Комбинация смеси углекислого газа и 20% кислорода. Состав используется для сварки плавящимся электродом при соединении заготовок из углеродистой стали. Газовая смесь обладает хорошей окислительной способностью, стимулируя дугу проникать вглубь металла, формируя четкие швы и исключая появление пористости.
• При сварочных работах защитная углекислотная смесь может поступать в зону сварки из центра или сбоку, если скорость сварки достаточно высока.
• Для экономии расхода дорогого инертного газа их потоки разделяются: внутренний — инертный газ, а более широкий внешний — всегда более дешевый углекислый газ.

Прикладные материалы и оборудование

Поскольку процесс сварки с использованием углекислого газа осуществляется на автоматическом или полуавтоматическом оборудовании, то выбор расходных материалов будет зависеть от выбора режима и способа выполнения этих работ.

Углекислый газ

Состав газа – двуокись углерода, газообразное вещество, бесцветное, без запаха, нетоксичное. Черные цилиндры используются в процессе сварки, и этот контейнер имеет срок годности 20 лет с даты первой сертификации. Рабочее давление газового баллона 70 кгс/см2, объем 40 литров, что эквивалентно 25 кг жидкой углекислоты. Около 80-99% баллона составляет углекислый газ, а остальное – углекислый газ.

Для маркировки на черном фоне баллона сделана желтая надпись «СО2».

Для высококачественных сварочных работ используется концентрация СО2 не менее 98 %, с составом 99 % для наиболее ответственных участков. Чем выше содержание углекислого газа в газе, тем больше жидкого металла будет разбрызгиваться при сварке. Чтобы устранить этот побочный эффект, лишнюю влагу удаляют с помощью специальных осушителей из силикона, алюминия или серной кислоты.

Сварочная проволока

Следующим важным материалом, необходимым для сварки углекислотой полуавтоматом, являются электроды. Для работы в среде углекислого газа требуются специальные типы электродов. Фактически сварочные проволоки, предназначенные для работы под флюсовым покрытием, не могут использоваться для сварки в среде CO2. Для сварки углекислым газом требуются электроды с высоким содержанием кремния и марганца. Эти металлы легируют проволоку, делая ее более прочной. Толщина электрода зависит от типа оборудования, используемого для сварки, и толщины соединяемых заготовок.

При выборе электрода необходимо следить за тем, чтобы поверхность электрода была чистой, без коррозии и окалины.

Если в электроде есть посторонние включения, это повлияет на качество сварного шва, ухудшит качество сварки и появится пористость. Кроме того, электроды с примесями также могут вызывать разбрызгивание жидкого металла. Если электрод необходимо очистить перед использованием, его можно протравить в 20% растворе серной кислоты. После травления проволоку необходимо прокалить в печи.

Расход углекислоты при сварке полуавтоматом

Баллон содержит объем углекислотной смеси, достаточный для 16-20 часов непрерывной работы. Расход углекислого газа находится в прямой зависимости от интенсивности его подачи и объема сварочных работ.

Перед началом сварочных работ баллон необходимо поставить вертикально и выждать определенный период времени, чтобы лишняя влага естественным образом опустилась на дно бака.

Перед работой и во время выполнения необходимо убедиться, что давление внутри бака не ниже 4-5 кгс/см². Если показатели упадут ниже этих цифр, работы необходимо прекратить, так как газовая смесь будет содержать много влаги, что снизит качество сварного шва.

Для контроля расхода углекислоты при сварке полуавтоматом на 1кг и уровня ее давления на баллон устанавливаются специальные декомпрессионные расходомеры. Наиболее распространенными на сегодняшний день являются коробки передач марок AR-150 и AR-40. Расход СО2 регулируется редукционным действием редуктора – при необходимости это устройство снижает давление в баллоне до 0,5 атмосферы, что позволяет экономить СО2 в процессе сварки. Другими словами, давление на входе в редуктор равно давлению в цилиндре, которое показывает манометр на входе. С помощью регулировочного винта, диафрагмы и пружины внутри редуктора давление снижают до 0,5 атм (атмосферное превышение), указываемое манометром на выходе, или 1,5 атм (атмосферное абсолютное). Сам резервуар имеет клапан, который регулирует поток, как кран на раковине. Так что напор один, а расход может быть разный.

По мере того, как газ в баллоне расходуется, давление падает, и жидкий углекислый газ начинает испаряться, переходя из жидкого состояния в газообразное. Для этого требуется определенное количество энергии, поэтому температура газа ниже (как в морозильной камере холодильника). Чтобы частицы влаги в газе не замерзали и не блокировали отверстия редуктора, газ подогревается.

Таким образом, использование двуокиси углерода при полуавтоматической сварке оказывается принципиальным по нескольким причинам. Его защитные свойства, способность контролировать скорость охлаждения, теплоемкость, доступность, стабильность, совместимость с различными металлами, устойчивость к дуге и окислительный эффект — все это факторы, которые делают его незаменимым. CO2 обеспечивает оптимальные условия сварки, улучшает качество сварки и обеспечивает сварщикам необходимый контроль и точность для достижения успешных и надежных результатов.