Применение и особенности аргонодуговой сварки

Для проведения сварки чаще всего используется электрическая дуга, которая без проблем нагревает металл до нужных температур. Однако у технологии дуговой сварки есть один серьезный недостаток. При сварке легких металлов на краях образуются шероховатости и неровности. Это делает шов не слишком надежным, что негативно сказывается на общей прочности конструкции. Однако подобного недостатка лишена аргонодуговая сварка.

Какими преимуществами и недостатками обладает технология аргонодуговой сварки? Какое оборудование понадобится человеку, который хочет выполнить аргонодуговую сварку в домашних условиях? О чем нужно помнить при выборе оборудования? Ниже мы в деталях рассмотрим все эти вопросы.

Зачем нужна аргонодуговая сварка

Аргонодуговая сварка — технология, при которой помимо расплавления отдельных металлических элементов с помощью электрической дуги происходит также обработка металлических элементов инертным газом аргоном.

Данный метод подходит для соединения различных легких металлов — алюминий, марганец, литий, различные их сплавы и комбинации. Главное преимущество аргонодуговой сварки заключается в том, что с ее помощью можно получить очень качественные швы, которые не растрескаются во время эксплуатации металлического объекта.

Для проведения сварочных работ используется специальный аппарат. В зависимости от параметров работы и технологической конструкции различают большое количество аргонодуговой сварочных аппаратов. Всех их объединяют следующие элементы — использование электрической дуги для нагрева и расплавления металла и применение аргона, который вытесняет продукты распада из области сварки.

Технология

1. Сварщик собирает аппарат аргонодуговой сварки и запускает его. В самом простом случае аппарат представляет собой электрический инвертор. К нему подключаются горелка с электродом и газовый баллон с аргоном.
2. Во время работы электрод создает электрическую дугу, которая обладает очень высокой температурой — это приводит к расплавлению в активной зоне отдельных элементов металлических объектов (поскольку температура плавления металлов намного ниже температуры дуги).
3. Одновременно с этим в локальную область сварки происходит подача аргона. Это вещество представляет собой инертный газ, который за счет своей особой химической структуры не вступает в реакцию ни с какими веществами (ни с металлом, ни газами в воздухе, ни с отдельными элементами сварочного аппарата)
4. При обычной дуговой сварке (без аргона) отдельные компоненты воздуха могут вступать в реакцию с расплавленным металлом (простой пример — кислород может образовывать с расплавленным алюминием несколько оксидов) + отдельные компоненты воздуха могут встраиваться в структуру металла, что приводит к образованию пузырьков в расплавленном металле. Из-за этого металлический шов становится неровным и хрупким.
5. Подача в локальную область аргона полностью меняет сварку на физическом уровне. При попадании в область шва аргон вытесняет все другие газы в другую область пространства — поэтому в металле не образуются ни оксиды, ни пузырьки воздуха. Обратите внимание, что сам аргон обладает полной химической инертностью — поэтому в контакт с металлом он также не вступает.
6. В результате образуется точный и прочный шов, который надежно объединит отдельные металлические элементы на атомном уровне без образования пузырьков и неровностей. Такой шов без проблем выдержит физическую перегрузку, не растрескается со временем, не покроется коррозией.

Прутки

Обратите внимание, что помимо этого для проведения аргонодуговой сварки часто применяются специальные прутки, состав которых должен максимально соответствовать составу металлических элементов, которые проходят сварку.

Зачем нужно использовать прутки? По сути они представляют собой «расходный материал», который заполняет пространство между металлическими элементами и формирует шов. Аргонодуговая сварка подразумевает совершение только продольных движений прутков (поперечные движения попадают под запрет по техническим причинам).

Основные сферы применения

Чаще всего к аргонодуговой сварке прибегают для реставрации поврежденных автомобильных дисков (они обычно делаются из легких сплавов на основе алюминия). Все трещины и неровности завариваются очень бережно, а какие-либо неровности и шероховатости не образуются.

Обратите внимание, что случай автомобильных дисков здесь очень важен. Альтернативные методы (за исключением очень дорогих) в данном случае практически бесполезны из-за особенностей плавления алюминия.

Да, вы можете заделать трещины и локальные повреждения с помощью обыкновенной электрической дуги. Но в этом случае на месте швов образуются небольшие пузырьки и шероховатости, из-за которых диск очень быстро растрескается вновь.

Для генерации электрической дуги обычно применяются электроды на основе вольфрама. Электрод размещается в специальной камере внутри сварочной горелки (обычно располагается прямо в центре керамического сопла, через которое также происходит подача инертного газа).

Вольфрамовые электроды

Кратко рассмотрим особенности вольфрамовых электродов:

• Вольфрам обладает очень интересными физическими свойствами — он плавится при температуре почти 3500 градусов по Цельсию (а кипит при температуре почти 6000 градусов). Благодаря этому такой электрод сохраняется свою устойчивость, прочность и целостность при генерации электрической дуги, которая обладает более высокой температурой.
• При проведении сварочных работ происходит постепенное оплавление вольфрамового электрода, однако происходит это очень медленно. Исследования в области металлургии показывают, что при соблюдении всех основных правил проведения аргонодуговой сварки расход вольфрама составляет менее 0,01 г на 1 метр сварного шва.
• Помимо исключительно вольфрамовых электродов существуют также усиленные электроды для проведения аргонодуговой сварки. Главным химическим элементом подобных электродов является все тот же вольфрам, однако помимо этого в состав сплава могут входить и некоторые другие элементы — лантан, иттрий, цирконий и многие другие. Эти элементы выполняют различные функции — увеличивают температуру плавления вольфрамового электрода, увеличивают его устойчивость, снижают расход вольфрама.

Плюсы

Аргонодуговая сварка обладает массой преимуществ. При работе с легкими металлами (алюминий, магний, литий, серебро) этот способ является вовсе единственным.

Существует много более сложных технологий сварки (лазерная, лучевая), которые обладают еще большей точностью и надежностью. Однако большинство таких технологий являются достаточно сложными, дорогими. Перечислим преимущества аргонодуговой сварки:

• Очень высокая точность, прочность швов. При проведении сварочных работ не образуются поры, не происходит образование сторонних оксидов.
• Небольшой нагрев соединяемых деталей. Аргоновая сварка подразумевает лишь небольшой локальный нагрев металла — благодаря этому не происходит деформация соседних участков.
• Равномерная глубина шва. Аргон минимизирует локальную деформацию металлических объектов. Поэтому при сварке образуется равномерный шов, который обладает одинаковой глубиной (это также положительно сказывается на прочности сварного соединения).
• Высокая скорость работы. При проведении аргоновой сварки высокотемпературная электрическая дуга образуется очень быстро, а при проведении сварочных работ она не остывает — это позволяет проводить все операции очень быстро, что позволяет сэкономить много времени.

Минусы

Нужно купить специальное оборудование — сварочный инвертор с функцией аргонодуговой сварки и специальную горелку с вольфрамовым электродом. Сварщику придется периодически покупать баллоны с аргоновым газом.

Также нужно учитывать, что простую сварку небольших объектов можно провести дома своими руками. Для этого нужно лишь собрать ручной аппарат и произвести первичную настройку.

Типы сварочных аппаратов

Различают следующие разновидности сварочных аппаратов:

• Ручные сборные установки. В таком случае установка собирается из отдельных элементов. Такие установки подходят для проведения небольших работ. Вы являетесь владельцем автомобильной мастерской. Для быстрой, надежной заделки трещин в алюминиевых дисках вы можете купить ручную аргонодуговую установку. Для небольшой мастерской такого сварочного аппарата будет вполне достаточно.
• Автоматические сварочные аппараты. В таком случае установка представляют собой единый сварочный аппарат больших или средних размеров, который устанавливается в промышленном цеху на производстве. Сами сварочные работы проводятся в специальных изолированных камерах, работой которых управляет оператор (он получает информацию с датчиков и нажимает на кнопки для изменение параметров). Автоматические сварочные аппараты дорогие. Подходят они для крупномасштабных производств — производство военного или морского оборудования, космическая промышленность, ракетостроение и так далее.

Обратите внимание, что сегодня также используются новейшие инновационные методики. Недавно была разработана технология импульсной аргоновой сварки. Она позволяет повысить точность работ и снизить расходы электричества.

Особенность импульсной сварки заключается в том, что электрическая дуга в данном случае осуществляет подачу тепла не единым потоком, а небольшими порциями-импульсами. Помимо этого подача электрического импульса синхронизирована с перемещением дуги. Это позволяет значительно повысить точность, а из-за импульсного формата работы сварочного устройства снижаются расходы на электроэнергию.

Оборудование для ручной сварки

Для проведения ручной домашней сварки нужно собрать аппарат из отдельных элементов. Основное оборудование — горелка для аргонодуговой сварки, сварочный инвертор, баллоны с газом, специальная одежда.

Ниже мы рассмотрим особенности этого оборудования, а потом узнаем о том, как из него собрать полноценный сварочный аппарат для аргонодуговой сварки.

Аргоновый инвертор

Главный элемент установки — это сварочный инвертор с функцией аргонодуговой сварки. Главной функцией этого устройства является преобразование переменного электрического тока из розетки в постоянным электрический ток, который потом поступает на аргоновую горелку (этот ток используется для создания электрической дуги).

Главный параметр аргонового инвертора — это сила тока. Этот параметр может контролировать сам сварщик с помощью специальной панели, а контроль нужно осуществлять с умом:

• Чем выше будет сила тока, тем качественнее будет проводиться сварка. При слабом токе электрическая дуга будет очень маленькой, поэтому ею нельзя будет проводить сварку толстых металлических объектов.
• Величина силы тока влияет на сохранность электрода — чем больше будет ток, тем активнее будет проходить разрушение электрода.

Аргоновая горелка

Горелка — вторая по значимости деталь после инвертора. С помощью горелки создается электрическая дуга, а также происходит регулирование подачи аргонового газа.

Главный элемент аргоновой горелки — это вольфрамовый съемный электрод, который не плавится под воздействием высоких температур, создаваемых электрической дугой. Горелка подключается к инвертору напрямую с помощью специального аргонового рукава.

При выборе аргоновой горелки обратите внимание на напряжение. Этот показатель должен совпадать с напряжением, которое генерируется аргоновым инвертором. Охлаждение аргоновой горелки обычно осуществляется воздушным методом (с помощью атмосферного воздуха).

Помимо этого существуют специальные горелки, у которых охлаждение осуществляется водяным способом. К горелке подводится специальная охлаждающая жидкость, которая снимает «излишки» тепла за счет испарения. После проведения работ пар вновь переходит в жидкое состояние из-за конденсации.

Дополнительное оборудование

• Аргоновый рукав. Имеет вид провода, который подключается сразу к трем элементам. К баллону с аргоном, к газовой горелке и к инвертору. Имеет вид двухкамерной установки — посередине располагается первая камера с электрическим проводом, который подключается к электроду; вторая камера представляет собой пустое пространство, которое заполняется аргоном.
• Баллон с аргоном. Этот элемент является третьим по важности после инвертора и горелки. Подключается баллон к рукаву с помощью специальной газового провода. В большинстве случаев провод дополнительно оснащается специальным запирающим механизмом, который позволяет контролировать подачу аргона и уровень давления в сварочной установке. При покупке баллона с аргоном будьте внимательны. Не перепутайте аргон с другим газом. Обычно баллон с аргоном окрашен в желтый или белый цвет.
• Защитная одежда. При проведении сварочных работ создается очень яркий свет и большое количество тепла. Поэтому перед проведением работ сварщик должен обязательно надеть защитную одежду.

Сборка сварочного аппарата

1. Поставьте на пол или на любую плоскую устойчивую поверхность инвертор. Подключите его к розетке, но не включайте его.
2. Подсоедините к рукаву горелку и баллон с аргоном (аргоновый газ не подавайте в систему). Подключите рукав к инвертору.
3. Посмотрите напряжение на горелке. Этот параметр указан на самой горелке или в сопровождающих документах. Выставите тот же показатель напряжения на инверторе.
4. Наденьте защитную одежду, а потом включите инвертор и подайте газ в систему. Попробуйте создать электрическую дугу, обратите внимание на подачу газа из сопла. Если все хорошо, то можно приступать.
5. Сам процесс осуществляется стандартным образом. Поместите два металлических элемента рядом и с помощью аппарата произведите их сварку. При необходимости для создания шва используйте пруток.

Заключение

Аргоновая сварка — это особый подтип электродуговой; главное отличие — при проведении сварочных работ металлические элементы обрабатываются инертным аргоновым газом. Благодаря этому увеличивается точность и надежность. Поскольку за счет применения аргона минимизируется вероятность появления пузырьков и оксидов в месте сварного шва.

Собрать сварную аргоновую установку можно самому. Для этого понадобится аргоновый инвертор, горелка, специальный рукав, баллоны с аргоном, защитная одежда.

Используемая литература и источники:

• Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978
• ГОСТ Р ИСО 17659-2009 // Сварка. Термины многоязычные для сварных соединений. — М.: ФГУП «Стандартинформ», 2009
• Брюханов, А.Н. Сварочные процессы в электронном машиностроении
• Металл и сварка: учебное пособие / В.Е. Блащук ; 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Стройиздат, 2006.