Сварка аргоном: виды и особенности технологий

Сварка аргоном – выражение общепринятое, но принципиально неправильное. Аргоном никто ничего не варит, на то он и нейтральный газ. А вот сварка в аргоне, то есть в аргоновом облаке, является одной из самых эффективных современных методов работы с металлами. С аргоном варят сложные современные сплавы самого разного назначения.

Общие понятия

Сварка аргоном – великолепная технология гибридного типа, позволяющая соединять самые капризные и устойчивые металлы: от огромных труб до маленькой отломившейся ножки бронзовой балерины. В аргонодуговых способах объединены преимущества двух классических методов: дугового электрического и газового. Технология сварки нержавеющей стали – лишь один пример из многочисленных способов сварочных работ в аргоновых облаках.

Юный сварщик никогда не станет классным мастером, если не будет вникать в теорию сварочного дела. Особенно, если это касается непростых технологий, к которым, безусловно, относится аргонная сварка.

Чтобы понять, что такое аргонодуговая сварка с ее особенностями и преимуществами, сначала нужно разобраться с физикой данного процесса. Для соединения металлических поверхностей их нужно нагреть. Нагрева без огня не бывает. А там, где огонь, там вступает в свои права кислород, находящийся в воздухе: происходит окисление. Сложные металлы или сплавы типа легированных сталей или цветных металлов окисляются намного сильнее, чем обычные металлы.

Окисление во время работы ни к чему хорошему не приводит: качество швов низкое с точки зрения прочности и долговечности из-за большого количества мельчайших пузырьков внутри. Ну а алюминий вообще варить невозможно – при нагревании он попросту горит в воздухе.

Главной задачей в технологии сварки аргоном становится защита сварочной рабочей ванны от газов и примесей. Здесь лучшими помощниками выступают инертные газы, которые выполняют роль защитной оболочки. Кроме аргона к инертным газам относится гелий, вполне соответствующий газ по всем параметрам. Но гелий дороже аргона, и по количеству расходуется намного больше. Расход аргона при сварке нержавейки, например, в разы меньше расхода гелия.

Кроме того, работа с гелием требует специальной защитной одежды для всех частей тела. Гелий в чистом виде в современных технологиях применяется редко. Чаще его используют в смесях для газовых лазеров. Здесь нужно упомянуть еще один инертный газ – азот, который используется в металлических работах с очень узкой специализацией – с азотом варят только медь. Главным и повсеместным инертным компонентом в гибридной технологии выступает Его Величество Аргон.

Его свойства:

• Аргон значительно тяжелее воздуха, поэтому отлично вытесняет его из сварочной ванны, защищая, таким образом, зону плавления от ненужных газовых примесей.
• Будучи инертным веществом, не вступает в реакцию ни с какими другими элементами, в том числе со свариваемыми металлическими поверхностями.
• Об одном «аргоновом» нюансе нужно знать и помнить. При использовании тока обратной полярности аргон превращается в электропроводную плазму со всеми малоприятными последствиями.

Классификация видов дуговой аргоновой сварки

Аргонно-дуговая сварка подразделяется на виды по уровню механизации работы:

• Ручной вариант выполняется сварщиком: и перемещение горелки, и подачу сварочной проволоки. В этом методе используются только неплавящиеся вольфрамовые электроды.
• Механизированная или полуавтоматическая: проволока подается машиной, а горелку держит сварщик. Популярнейший пример такого метода – сварка нержавейки полуавтоматом. Механизированная аргонодуговая сварка плавящимся электродом также относится к этой группе способов. Сварка нержавейки полуавтоматом в среде углекислого газа – еще одна новая узко специализированная технология в рамках этого вида сварочных работ.
• Автоматическая аргонодуговая сварка: автомат дистанционно управляется оператором и выполняет перемещение горелки и подачу проволоки. В последнее время все чаще встречаются машины – роботы, не требующие участия даже оператора. Сварка нержавеющих труб в основном производится с помощью роботов. Автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом становится весьма распространенной технологией в промышленности.

Оборудование для работы с аргоном

Техника сварки аргоном подразумевает довольно широкий и разнообразный набор оборудования. Этого не нужно бояться, так как сварочные аппараты для аргонодуговой сварки со всеми сопутствующими причиндалами в виде универсальных наборов выпускаются серийно и стоят недорого.

Все оборудование для аргонно-дуговой сварки можно разделить на три группы:

• Специализированное оборудование производится для работ с заготовками одного типа.
• Специальное оборудование для аргонной сварки обычно устанавливается на промышленных предприятиях и используется для заготовок одного типоразмера.
• Универсальное оборудование подходит для всех видов работ в аргоне, например, для сварки нержавеющей стали полуавтоматом.

Одним аппаратом для сварки аргоном вам не обойтись. Аргонная сварка требует целый пакет оборудования, понадобится целый список.

Не обязательно все покупать в магазине, большинство предметов из списка вполне можно сделать самостоятельно:

• Специальная горелка с вольфрамовым расходником.
• Основной и вспомогательный трансформаторы. В качестве основного может быть использован аппарат для дугового способа с напряжением до 70 В. Вспомогательный трансформатор нужен для электропитания коммутирующих устройств.
• Осциллятор подключается параллельно источнику питания. Он нужен, чтобы зажечь дугу при работе с неплавящимся вольфрамовым расходником с помощью подачи высокочастотных импульсов. В результате дуговой промежуток ионизируется. Если обычная сетевая частота насчитывает 55 Гц и напряжение в 220 В, то после преобразования осциллятором частота и напряжение поднимаются до 500 кГц и 6000 В соответственно.
• Контактор для подачи напряжения на горелку.
• Реле для включения и отключения контактора и осциллятора.
• Вольфрамовые электроды с проволокой соответствующего диаметра.
• Аргоновый баллон, оборудованный редуктором.
• Выпрямитель для получения постоянного тока с напряжением 24 В.
• Амперметр для измерения силы тока.
• Таймер для контроля времени обдува аргоном.
• Клапан электро-газовый для подачи постоянного или переменного тока в 24 или 220 В соответственно.
• Фильтр для контроля высоковольтных импульсов из осциллятора.
• Аккумулятор для последовательного включения в электрическую цепь с целью стабилизации переменного тока.

Прогресс не стоит на месте, сварка аргоном в том числе.

Для возможности работать с более толстыми краями свариваемых металлов и повышения производительности в последнее время в технологии сварки аргоном внесены усовершенствования:

• Специальная горелка для использования сразу нескольких вольфрамовых электродов для получения высококачественного шва на высокой скорости.
• Приспособление для нагревания присадочной проволоки.
• Пульсирующий ток для периодических пауз его поступления, во время которых металл кристаллизуется. Если движение дуги синхронизировать с импульсами тока, плавка получается эффективной по всех положениях в пространстве.

Инверторная сварка в аргоне

Инверторный способ – самый востребованный вид аргонодуговой технологии. Он применяется и в промышленных целях, и в домашнем обиходе. Инвертор для аргонодуговой сварки – тип аппарата дуговой сварки, который преобразует ток из постоянного в переменный. Дополнительным преимуществом является его способность к адаптации к скачкам напряжения источника электричества.

Инверторный аппарат аргонодуговой сварки компактный, нетяжелый, надежный и прекрасно подходят для сварочных работ где угодно – хоть на производстве, хоть в домашних условиях. Еще одним незаменимым преимуществом инвертора является возможность обучения на нем новичков.

Если говорить в общем, то работать с инвертором по аргону проще и удобнее, чем с другим оборудованием для сварки нержавейки: нужно только двигать горелкой вдоль шва. Если соблюдать все технологические требования, шов получается узким и ровным. Без присадочной проволоки такие швы тоже можно делать, но в этом случае требуется очень плотное соединение краев заготовок.

Правильная аргоновая горелка

Задачи горелки – подача электроэнергии и создание газовой защиты. Верный выбор горелки так же важен, как и выбор правильных расходников. В аргонодуговой технологии используется специальная горелка с неплавящимся вольфрамовым электродом: аргоновая сварка нержавейки производится только таким способом.

Вот технические свойства горелки, по которым ее нужно выбирать:

• допустимое значение сварочного тока или мощность;
• тип охлаждения горелки при сильных и слабых токах;
• длина электрического кабеля;
• наличие керамического сопла и фиксатора вольфрамового электрода;
• универсальность горелки – способность подключаться к разным сварочным аппаратам.

Главный элемент аргоновой горелки – специальный резервуар со штуцерами для охлаждающей жидкости. Вольфрамовый электрод подключен к электрическому кабелю аппарата для аргоновой сварки. Вокруг электрода подается газ.

Этапы процесса работы горелки:

• Включается все сразу: подача газа на горелку, циркуляция охлаждающей жидкости, сам сварочный аппарат.
• Как только образуется защитный слой из аргона, поджигается дуга, происходит разогрев заготовок до температуры плавления, присадочная проволока помещается в образовавшуюся рабочую ванну.
• Перемещение присадочной проволоки и вольфрамового электрода вдоль шва.

Горелка с неплавящимся электродом

В основном это ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. Со сплавами типа нержавеющей стали и химически активными металлами – алюминием, титаном и магнием работают только с неплавящимися вольфрамовыми электродами.

Сварка нержавейки аргоном, например, отличается тем, что во время плавления этих металлов и нагревании воздуха окисление происходит сильнее и быстрее, чем с заготовками их других материалов. Применяется в основном для ручных типов работ. Для сварки нержавейки полуавтоматом также применяются горелки такого вида.

В состав горелки входят электрод, который закреплен в токоподводящей цанге, керамическое сопло для направления аргоновой струи и системы воздушного или водяного охлаждения. Тип электрода по диаметру зависит от величины тока в сварочном процессе.

Горелка для механизированной аргонной технологии немного другая. В ее состав входят вольфрамовый электрод неплавящийся с маховичком для подъема и опускания, токоподводящая сменная цанга с гайкой для электродов разного диаметра.

Брызг металла при этом способе нет, поэтому вместе с керамическими соплами используются проницаемые для газа сетчатые линзы для получения равномерного плавного потока газа. Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом – один из самых распространенных методов непромышленной сварки.

Горелка с плавящимся электродом

Чаще используется в автоматической или полуавтоматической аргонной сварке. Дуга в этом случае подается между концом сварочной проволоки и заготовкой. Системы охлаждения могут быть жидкостными и воздушными. Требования к соплу практически такие же, как к горелкам с неплавящимися электродами.

Этапы и правила ручной сварки в аргоне

Порядок действий при ручной аргонодуговой сварке:

• Тщательно очистить поверхности от грязи, масел и окислов – хоть химически, хоть механически. Не пренебрегать качеством очистки: сварка не любит грязи.
• За 20-ть секунд включить подачу газа. Взять в правую руку горелку, в левую – проволоку. Горелку с электродом держать как можно ближе с поверхности. При включении тока возникает дуга между электродом и металлом.
• Горелку проводить вдоль шва с постепенной подачей присадочной проволоки без каких-либо поперечных движений. Если подавать проволоку быстро, металл будет разбрызгиваться. Присадочную проволоку лучше вести впереди горелки под углом к металлической поверхности.
• Дуга должна быть максимально короткой, в этом случае шов получится глубоким, узким и эстетичным на вид. Особенно это касается сварки, в которой используется неплавящийся вольфрамовый электрод.
• Тщательно следить, чтобы горелка и проволока находились в зоне защиты газа.
• Заварку кратера проводить с понижением напряжения, не обрывать дугу. Подачу аргона останавливать через 15 секунд после окончания сварки.

Режимы сварки в аргоне

К выбору режима подходим с чувством и толком, от него качество шва зависит в высокой степени.

• Ток: направление и полярность. Выбор зависит от свариваемых металлов. Большинство стальных сплавов варятся с полярным постоянным током: технология сварки нержавейки полуавтоматом, например. Или сварка труб из нержавеющей стали. Цветные металлы, алюминий и магний лучше варить с переменным током на обратной полярности.
• Расход аргона зависит от двух факторов: скорости его подачи и условий внешней среды. Если работа проходит вне помещений при сильном, особенно боковом, ветре, то и расход будет значительным.
• Как ни странно, но в аргоновую газовую смесь добавляют кислород – не выше 5%. Дело в том, что кислород в таких малых дозах помогает в очистке от вредных примесей – в реакции с кислородом они попросту сгорают.

Аргонодуговая сварка в домашних условиях

При всей сложности технологии аргонодуговой сварки по госту со множеством технических условий, ее можно осуществлять и дома. Обязательным условием для этого является инверторный аппарат, который в некоторых случаях можно заменить трансформаторным аппаратом. В дополнение понадобятся баллон с аргоном, редуктор, маска. Все это прекрасно, но покупные аргоновые сварочные аппараты дорогие, а дома чаще всего нужно произвести работу в небольшом объеме.

• Источником тока в домашнем сварочном наборе выступает трансформатор.
• Источником аргона будет баллон с элементами подачи: клапанами и редукторами.
• Осциллятор нужен для поджигания дуги высокочастотным импульсом.

Самодельный аргоновый сварочный аппарат можно сделать с помощью следующих инструментов:

• болгарка, электродрель, сварочный аппарат;
• ножовка по металлу; отвертка, плоскогубцы, гаечные ключи;
• напильник, набор для резьбы, нож, штангенциркуль, микрометр;
• вольтметр, амперметр, тестер, микрометр.

Самодельный источник тока состоит из выпрямителя и сварочного трансформатора, которые можно совместить с осциллятором. Магнитопровод можно взять от старого трансформатора. Начальную обмотку сделать из тонкого медного провода с диаметром не более 0,8мм. Вторичная обмотка выполняется из толстого провода с диаметром не менее 3,5 мм.

Вторым по важности элементом является газовая горелка. Корпус лучше сделать из латуни, сопло – из меди. Прокладку между соплом и корпусом соорудить из резины, стойкой к высоким температурам. Медная трубка для подведения аргона проводится через отверстие в корпусе с плотной запайкой шва. Эта же медная трубка будет служить проводником тока к электроду. Ручка крепится гайками, а изготавливается из эбонита. Штуцер с дросселем на резьбе крепится на конце медной трубки.

Электрод из вольфрама нужно заточить под углом в 45°. Примерная длина электрода 25 – 30 см. Следует отметить, что аргонная технология дома – задача трудоемкая и непростая. Так что решение должно приниматься в формате «стоит ли овчинка выделки». Иными словами, так ли много у вас сварочных дел по дому, чтобы заняться сборкой самодельной системы аргонодуговой сварки? Сварочные аппараты для ручной дуговой сварки в продаже есть, с самым широким ценовым диапазоном.

Варим в аргоне алюминий

Сварить алюминий без аргона невозможно, это факт. Этот металл – один из самых сложных и одновременно один из самых распространенных в быту. Сложность работ с ним объясняется молниеносным образованием пленки оксида на поверхности при малейшем контакте кислорода.

Пленка эта не простая, она плавится при температуре, намного превышающей температуру плавления самого алюминия. Аргон и здесь выручает, выступая в качестве препятствия окислению, вытесняя кислород из сварочной рабочей ванны. В этом случае присадочная проволока из алюминия плавится без проблем, формируя качественный шов.

Ток используется только переменный. В случае тока обратной полярности температура плавления значительно повышается за счет особой катодной очистки оксидной пленки. При высокой температуре разрушается даже тугоплавкий вольфрам в электроде. При токе прямой полярности оксидная пленка не пробьется, но дуга получится стабильной и короткой. В итоге качество шва зависит от переключения полярности.

Постоянный ток в работе с алюминием теоретически возможен и даже иногда применяется. Но этот метод требует использования другого инертного газа – чистого гелия, а он стоит намного дороже аргона. Да и сам способ работы с постоянным током сложнее технически. Подготовкой алюминиевых заготовок к процессу плавления пренебрегать нельзя, так как качество шва напрямую зависит от состояния поверхностей перед работой.

Очистку нужно проводить по следующим пунктам:

• обезжиривание поверхности растворителем;
• зачистка поверхности от оксидной пленки механическая или химическая;
• полное высыхание очищенных поверхностей.

Варим в аргоне медь

Медь имеет высокую коррозионную устойчивость, а также чрезвычайно устойчива в агрессивных средах. Для работы с ней лучше использовать аргон высшего сорта или его смесь с гелием при условии большей доли аргона. Электроды – вольфрамовые, допускаются как плавящиеся, так и неплавящиеся, ток постоянный.

Если медные заготовки толще 4-х мм, необходим предварительный нагрев до 800°С. В качестве присадочной проволоки используются прутки из меди или медно-никелевого сплава. Дуга в медной сварке отличается отличной устойчивостью.

Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому кромки металла нужно обязательно разделывать. При толщине не выше 12 мм будет достаточно односторонней разделки, для более толстых кромок нужна двусторонняя обработка.

Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки

Недостатки аргонной технологии перечислить легко из-за их малочисленности:

• Непростое оборудование, требующее точной настройки.
• Метод требует практического опыта и поэтому недоступен новичкам. Но опыт – дело наживное, так что данный пункт можно назвать транзитным.

Теперь преимущества:

• Высокое качество шва без примесей в результате эффективной защиты от воздействия вешней среды.
• Возможность варить заготовки самых разных, в том числе сложных, конструкций без их деформации. Это возможно из-за умеренного нагрева металла.
• Возможность варить однородные и разнородные металлы и сплавы, которые не поддаются сварке ни с одним другим способом сварки.
• Высокий темп работы вследствие использования дуги с высоким температурным режимом.

Как видно, преимущества и недостатки аргонных методов относятся к разным категориям. Если недостатки – вполне решаемые проблемы организационного характера, то преимуществами являются технологические эксклюзивные свойства, которых нет больше ни в одном другом способе. При таких преимуществах можно считать, что недостатков просто нет.

Желаем стабильного тока, ровной горелки и хороших заказов.