Аргонодуговая сварка, или проще – аргоновая сварка,
позволит вам достигать таких результатов, о которых, не имея ее, нельзя было и
мечтать.
Зародившись во время второй мировой войны в авиационной
промышленности, она смело шагнула во все отрасли промышленности, а в последнее
время и в бытовую сферу.
Имея аргоновую сварку постоянного тока, вы можете варить
практически все известные металлы и сплавы (кроме алюминия и его сплавов).
Причем эту сварку можно осуществлять на уровне, достижимом только на хорошо
оборудованных предприятиях. Для частного сварщика аргоновая сварка особенно
ценна тем, что можно получать сварные швы отличного качества даже у тех сплавов
и сталей, химический состав которых неизвестен.
К сожалению, выпускаемые промышленностью бытовые аппараты
аргоновой сварки пока еще недешевы, поэтому автор предлагает построить такой
аппарат самостоятельно. По своим эксплуатационным возможностям он ничуть не
уступает промышленным аппаратам. А если вы уже построили сварочный выпрямитель,
то на его базе создать аргоновую сварку будет совсем несложно.
Схема аргоновой сварки постоянного тока
Аргоновая сварка постоянного тока состоит из следующих
частей: сварочный выпрямитель, баллон с аргоном, аргоновый редуктор,
расходомер, газоэлектроподводящий шланг, специальная сварочная горелка,
вольфрамовые электроды.
Сварочный выпрямитель можно использовать уже имеющийся (Рис.
4.1.). Требуется небольшая модернизация: к проволочному сопротивлению добавляется
спираль мощностью 3 кВт. Использование спирали позволяет уменьшить сварочный
ток до единиц и даже долей единиц Ампер. Это необходимо для сварки тонкого и
особо тонкого металла. Аргоновая дуга очень стабильна, что позволяет
использовать ее на таких малых токах.
Аргоновый баллон по конструкции ничем не отличается от
кислородного. Если у вас не имеется специального баллона, в качестве аргонового
вы можете приспособить кислородный, перекрасив его в серый цвет. Такие баллоны
принимаются к заправке аргоном.
Аргоновый редуктор
Специальный аргоновый редуктор также не требуется, его
вполне заменяет кислородный. Применяя поначалу кислородный редуктор, вы в
дальнейшем придете к выводу о необходимости его модернизации. Применение только
кислородного редуктора приводит к двум несущественным, но неприятным
последствиям:
1) увеличенный расход аргона за счет «самотека» редуктора;
2) увеличенный расход аргона или недостаточная защита места
сварки за счет неправильно подобранной скорости истечения аргона.
Самотек редуктора особенно заметен в перерывах между
сваркой. Когда вы перекроете подачу газа на аргоновой горелке, редуктор не
может сразу полностью закрыться, и в газоэлектроподводящий шланг поступает избыточное
давление. При открывании вентиля горелки в первое время обдув места сварки
будет избыточен, что вызывает перерасход аргона. Это было бы не страшно, если
бы аргон не стоил так дорого.
Устранение самотека можно осуществить двумя способами.
Способ первый: приобретите двухкамерный редуктор. Такой
редуктор понижает давление в две ступени, и на выходе он гарантирует стабильное
давление, независимо от расхода газа.
Способ второй: к уже имеющемуся кислородному редуктору
добавьте редуктор для сжиженных газов. Такой редуктор питает обычную газовую
плиту от пропанового баллона и имеется в широкой продаже. Лучше всего выбрать
тот редуктор, что имеет вверху регулировочный винт.
Если такой редуктор не обеспечивает необходимого давления,
регулировочную пружину замените на более жесткую.
Расходомер
Для обеспечения необходимой скорости истечения защитного
газа используется такое приспособление, как расходомер. В продаже имеются редукторы,
где вместо манометра низкого давления стоит пластиковая трубка. Находящийся
внутри трубки шарик поднимается под напором исходящего газа, и по высоте его
подъема сварщик судит о величине расхода газа.
Если вы такого редуктора не приобрели, то можно на конце
двухкамерного или пропанового редуктора поставить трубку расходомера. Этот
вариант наиболее предпочтителен. Он гарантирует точный подбор расхода газа.
Расходомер представляет собой прозрачную трубку, внутри
которой помещается поплавок. Под давлением исходящих снизу газов поплавок поднимается
и фиксируется на определенном уровне. Расход газа определяется по нанесенной на
трубку шкале. Если шкала отградуирована не на аргон, а на другой газ, то при
расчете расхода аргона применяется поправочный коэффициент.
В случае, если вам не удалось приобрести расходомер, можно
воспользоваться народным средством: откройте вентиль и поднесите наконечник аргоновой
горелки к щеке. По обдуву щеки аргоном можно с достаточной точностью судить о
его расходе. Правда, здесь необходима тренировка.
Вам придется работать
с разными сплавами и разными толщинами металлов, а как раз от этого зависит
скорость истечения аргона. Для каждого типа изделия вам придется находить
оптимальное соотношение между двумя крайними величинами:
1) избыточная скорость истечения аргона и связанный с этим
его перерасход;
2) недостаточная скорость истечения аргона - и
повышенная пористость шва.
Газоэлектроподводящий шланг
Такой шланг служит для подвода к горелке защитного газа и
сварочного тока.
Конструктивно он состоит из резиновой оболочки, внутрь
которой вставлен многожильный гибкий медный провод. Длина шланга может быть два
или три метра. Если вы такой шланг будете заменять самодельным, то лучше его
разделить на два. Для подвода газа используйте обычный кислородный шланг, а ток
к горелке подводите с помощью сварочного кабеля. Такая конструкция, кстати,
уменьшает последствия «самотека» редуктора.
Аргоновая горелка
Принципиальная схема
горелки изображена на Рис. 5. 8.
Вольфрамовый электрод 3 фиксируется цанговым зажимом 2. К
зажиму подводится ток 5. Чтобы не было утечки газа, электрод сверху закрывается
крышкой 4. В сторону сварки газ направляется соплом 1.
При приобретении горелки купите в комплекте с ней с десяток
запасных керамических сопел 1. Они являются самыми теплонапряженными элементами
горелки и могут разрушаться. Диаметры сопел подбирайте по таблице 5. 1
Расходным элементом горелки также является вольфрамовый электрод.
Он изнашивается (хоть и медленно) как в процессе сварки, так и при перезаточке.
Вольфрамовые электроды
Для аргоновой сварки постоянным током применяются
вольфрамовые электроды, покрытые тонкой пленкой окислов лантана, иттрия и
тория. Это увеличивает стойкость электродов при сварке на больших токах.
Вольфрамовые электроды маркируются следующими буквами:
ЭВЛ - электрод вольфрамовый лантанированный;
ЭВИ - электрод вольфрамовый иттрированный;
ЭВТ - электрод вольфрамовый торированный.
Предельная сила тока для каждого диаметра электрода
подбирается по таблице 5. 3.
Довольно сильное влияние на качество сварки оказывает
заточка электрода. Заточка вольфрамовых электродов производится твердыми
дисками с мелким зерном для избегания образования бороздок. Круг, на котором затачиваются
вольфрамовые электроды, не должен применяться для других металлов.
Электроды затачиваются на конус длиной 2 – 3 диаметра
электрода. Угол заточки 15 - 90°. При меньших углах снижается ресурс
работы электрода, а при углах свыше 90° возможно неустойчивое горение дуги
из-за блуждания катодного пятна на торцевой поверхности.
Изменение угла заточки приводит к изменению формы и размеров
столба дуги. При углах заточки 15 - 75° столб имеет коническую форму, при
больших углах форма столба дуги приближается к цилиндрической, а пятно нагрева
сокращается.
Чтобы избежать попадания вольфрама в шов, острый конец
конуса притупляется. Диаметр притупления электрода и угол заточки влияют на проплавляющую
способность дуги.
При уменьшении диаметра притупления повышается концентрация
теплового потока, растет давление дуги и плотность тока, увеличивается глубина
проплавления.
Аргон
Защитный газ аргон относится к категории инертных. Это
означает, что он не вступает в реакции с расплавленным металлом.
Для сварки постоянным током применяют аргон двух марок:
1) марка А – для сварки активных и редких металлов
(титана, циркония, ниобия) и сплавов на их основе, а также для сварки особо
ответственных изделий из других материалов на заключительных этапах
изготовления;
2) марка В – для сварки нержавеющих, хромоникелевых,
жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок.
Практические работы
По принципу работы аргоновая сварка во многом напоминает
газовую. Здесь, как и при газовой сварке, металл нагревается посторонним источником,
а шов формируется за счет присадочной проволоки. Отличие одно: электрическая
дуга аргоновой сварки обеспечивает более концентрированный нагрев и до более
высокой температуры, чем это могла бы сделать газовая сварка.
Перед началом работы заточенный электрод вставляется в
горелку так, чтобы его конец выступал над обрезом сопла на 3 – 5 мм.
В цанговом зажиме электрод фиксируется завинчиванием крышки.
Первые пробные швы можете выполнять на листе обычной
углеродистой стали толщиной 2 мм.
В качестве присадочной проволоки лучше всего взять проволоку
с раскислителями. Свариваемый металл чаще всего покрыт окислами, и эти окислы
затем перейдут в шов, сделав его пористым. Проволока с раскислителями
используется для полуавтоматической сварки в защитной среде углекислого газа и
имеется в массовой продаже. Ее марка СВ – 08 ГС или СВ –
08 Г2С.
Включите подачу газа и установите поток 0,3 м³/час.
При зажигании дуги и сварке электрод никогда не должен
касаться поверхности металла. Рядом со сваркой положите угольный электрод, зажгите
на нем дугу и перенесите к месту сварки.
Удерживая электрод на одном месте, расплавьте металл,
отведите дугу в начало сварки, а с другой стороны погрузите присадочную
проволоку в расплав. Затем подведите дугу к присадочной проволоке, расплавьте
ее. Вновь отведите дугу и подайте присадочную проволоку.
Аргоновую горелку наклоняйте под углом 75° в сторону,
противоположную направлению движения. Расплавленный шов и присадочную проволоку
всегда держите в защитной среде аргона.
В процессе тренировки регулируйте сварочный ток так, чтобы
производить плавление металла почти на всю его толщину.
Формирование шва происходит за счет присадочной проволоки
так же, как это было при газовой сварке.
Если в процессе сварки вы коснулись концом электрода
металла, то немедленно удлините дугу до ее погасания. Дайте электроду полностью
остыть и перекройте подачу газа. Вытащите электрод из зажима и откусите
кусачками почерневший кончик. Сделайте перезаточку электрода.
Шов в месте касания удалите. Сварку продолжайте в этом же
месте.
После сварки конец вольфрамового электрода должен оставаться
серебристым. Следы загрязнений или шершавый на ощупь конец электрода - признаки
недостаточной защиты газом. Проверьте плотность прилегания сопла и защитной
крышки.
Появившийся на конце электрода шарик свидетельствует о
чрезмерном токе для данного диаметра электрода. Уменьшите ток или вставьте
электрод большего диаметра.
Синий или фиолетовый цвет кончика электрода свидетельствует
о недостаточном времени обдува электрода аргоном при остывании. Удлините это
время.
Сварка нержавеющей стали
Аргоновой сваркой целесообразно сваривать нержавеющую сталь
толщиной менее 2 мм. Другие способы сварки тонкой нержавеющей стали такого
качества обеспечить не могут.
Перед сваркой поверхность кромок зачистите до блеска
стальной щеткой. Затем промойте ацетоном для удаления жира, следы которого вызывают
пористость шва и снижают устойчивость дуги.
Сделайте прихватки на расстоянии 50 – 70 мм одна
от другой.
При сварке нержавеющей стали обращайте внимание на
повышенную деформацию такой стали по сравнению с углеродистой. Варите короткими
швами вразброс, постепенно заполняя промежутки между швами.
Отличительная особенность аргоновой сварки –
возможность защиты обратной стороны шва. При сварке емкости сделайте от
аргонового шланга отвод и направьте аргон внутрь емкости. Это вытеснит воздух с
обратной стороны, где его воздействие способно приводить к окислению расплавленной
стали. При защите обратной стороны учитывайте, что аргон тяжелее воздуха и
всегда скапливается внизу.
При сварке нержавеющей трубы ее концы закройте с помощью
картона и липкой ленты и заполните аргоном.
Сварку ведите справа налево. Поперечные движения прутком и
электродом делать нельзя, так как при этом в зону сварки может попасть воздух и
окислить металл шва.
Присадочная проволока также должна быть нержавеющей. Если
таковой не сумели приобрести, используйте нержавеющие электроды диаметром
1,5 – 2 мм, освобожденные от обмазки.
Необходимые режимы тока подберите по таблице 5. 4.
Сварка меди и ее сплавов
Сплавы на основе меди делятся на латуни, бронзы и
медно-никелевые. Наилучшей свариваемостью обладает чистая медь, сплавы же при
сварке могут получаться пористыми. Это связано с выкипанием из расплава легкоплавких
присадок (цинка, олова и других).
Перед сваркой основной металл и присадочную проволоку
обезжирьте ацетоном и очистите до блеска металлической щеткой.
Режимы сварки подберите по таблице 5. 5.
В процессе сварки возможно попадание меди на вольфрамовый
электрод, поэтому присадочную проволоку вводите не в столб дуги, а немного впереди.
В качестве присадочной проволоки при сварке меди можете использовать проволоку
из электротехнической меди, при сварке медных сплавов проволока должна быть
идентична основному металлу.
Расстояние конца вольфрамового электрода от обреза сопла не
должно превышать 3 – 5 мм, длину дуги поддерживайте 2 –
3 мм.
Если после сварки шов получился пористый (а это возможно при
сварке медных сплавов), устраните пористость одним из следующих способов:
1) проковка шва молотком до усадки металла и ликвидации пор.
Такой способ применяют там, где основной металл не прогибается под ударами
молотка;
2) лужение поверхности шва оловянно-свинцовым припоем.
Припой надежно закроет все поры.
Разумеется, устранять пористость необходимо только в случае
повышенного требования к герметичности шва.
Сварка титана и его сплавов
Чистый титан из-за невысокой прочности не находит
промышленного применения, в качестве конструктивных элементов используются
сплавы титана.
Титан имеет высокую химическую активность по отношению к
кислороду. Она начинает проявляться при температуре 350°С и выше. Поэтому в процессе
сварки необходимо защищать не только сварочную ванну, но и околошовную зону,
нагревающуюся до температуры свыше 350°С.
Титановые заготовки лучше всего резать механическим
способом, это предохраняет кромку реза от окисления.
Свариваемые кромки промывают ацетоном на ширину 30 мм в
обе стороны, затем зачищают металлической щеткой.
В процессе сварки необходимо защищать обратную сторону
свариваемого металла. Это лучше всего сделать с помощью сопла с насадкой. В
сопло подается аргон со скоростью, указанной в таблице 5. 6.
Защита шва и околошовной зоны будет считаться качественной,
если в зоне стыка отсутствуют следы окисления и металл имеет серебристый цвет.
Допускается изменение окраски шва не темнее светло-соломенного цвета. После
сварки такие участки должны быть зачищены до блеска.
В процессе сварки поперечные колебания электрода
недопустимы, вылет электрода из сопла не должен превышать 5 – 7 мм.
После окончания сварки гасится дуга, а газ подается на шов и
присадочную проволоку до остывания их до температуры 400°С.
В качестве присадочной проволоки используется проволока
марки ВТ.
Сварка никеля и его сплавов
Никель и его сплавы относятся к категории кислото- и
жаростойких. В промышленности широко применяется технический никель и сплав,
называемый монель-металл.
Сварка никеля затруднена из-за его большой чувствительности
к растворенным газам.
Подготовительные операции перед сваркой проводят такие же,
как и для титана. Также требуется защита обратной стороны шва.
Режимы сварки никеля приведены в таблице 5. 7.
При сварке особое значение имеет выбор присадочной
проволоки. Специально разработанная проволока для сварки никеля
НМцАТЗ-1-1,5-2,5-0,15 обеспечивает получение швов без пор и трещин.
Сварка свинца
Существуют несколько марок свинца, для изготовления сварных
изделий применяют сплав свинца марки ССу.
Свинец всегда покрыт тугоплавкой окисью РвО, поэтому перед
сваркой кромки на ширину 30 – 40 мм очищаются до блеска металлической
щеткой. Такая же очистка требуется и для присадочной проволоки. Присадочную
проволоку выбирают в соответствии с маркой свинца.
В расплавленном виде свинец жидкотекуч, поэтому применяются
специальные формирующие подкладки. Они могут быть изготовлены из меди, стали
или асбеста.
Свинец сваривают всегда в нижнем положении.
Свинец легкоплавок, поэтому для его сварки не требуется
значительных тепловложений. Ток подбирается исходя из необходимых условий плавления.
Сварка цинка
Цинковые сплавы обладают хорошей коррозионной стойкостью,
удовлетворительными механическими и технологическими свойствами.
Сварку затрудняют низкая температура плавления и кипения
цинка, а также легкая его окисляемость.
Пары цинка токсичны, поэтому при его сварке требуется
дополнительная местная вентиляция. Поставьте настольный вентилятор так, чтобы
он обдувал ваше лицо. Не направляйте струю вентилятора на горелку.
Режимы сварки цинка смотрите в таблице 5. 8.
Сварка неизвестного металла
В ремонтной практике достаточно много случаев сварки
металла, вид которого, а тем более химический состав, не удается определить.
Аргоновая сварка замечательна тем, что позволяет сваривать
такой металл с довольно приличным качеством.
Аргон не вступает в реакцию с металлом, и это позволяет
расплавлять металл, не опасаясь изменения химического состава.
Перед сваркой неизвестного металла нарежьте тонкие полоски,
они будут присадкой. Если позволяет ситуация, полоски можно нарезать из самого
свариваемого изделия; при невозможности этого полоски нарезаются из
аналогичного изделия. Нарезайте отрезной машиной, это предохранит края от
окисления.
Небольшое по размеру изделие перед сваркой прогревают
пропановой горелкой, на массивном изделии вначале лучше сварить контрольный
шов. Сразу после сварки отключите все источники шума и прослушайте остывание
шва. Звонкие щелчки при остывании могут свидетельствовать о появлении
околошовных трещин.
Наличие трещин дополнительно проверьте лупой с восьмикратным
увеличением. Если трещины имеются, удалите шов и в дальнейшем сварку производите
с использованием нагрева. Вам придется опытным путем подобрать степень нагрева.