Аргоновая сварка труб: особенности технологии

Аргоновая сварка труб сегодня востребована как никогда, ведь данная технология основана на использовании наиболее доступного, а потому самого дешевого газа, являющегося продуктом массового производства. Кроме того, этот процесс позволяет соединить разные виды металлов и занимает не так много времени.

Правда, одно дело варить аргоном плоские поверхности и совсем другое – более сложные изделия в виде труб. Тут без определенных навыков и знания некоторых тонкостей не обойтись. Все нужно делать последовательно и в соответствии с правилами, иначе работа вряд ли будет выполнено удовлетворительно.

Суть аргоновой сварки

Выражение «сварка аргоном», которое можно услышать среди домашних умельцев, в действительности некорректно. Аргон – инертный газ, который не принимает непосредственного участия в соединении заготовок. Верной является формулировка «сварка в инертной среде». При этом работы проводятся в среде аргона или другого защитного газа, который препятствует негативному воздействию окружающей среды на сварную зону.

Если же вернуться к бытовому выражению, то аргоновая сварка представляет собой технологию, в которой сочетаются газовая и электрическая. Она позволяет соединять заготовки из любых материалов и размеров. Технология подходит для сварки чугунных, стальных, медных и др. деталей. Она одинаково хороша как для крупных стальных труб, так и для небольших бронзовых крючков для вешалки. Аргоновая сварка используется также для работы с изделиями из нержавеющей стали.

В процессе аргоновой сварки труб и других металлических деталей соединяемые края расплавляются под воздействием высокой температуры.

Для нагревания заготовок используется огонь, который не может гореть без кислорода. Вступая в химическую реакцию с металлом, кислород окисляет его. Чем быстрее происходит окисление, тем сложнее процесс сварки. Эта реакция относится к нежелательным, с которыми сталкиваются сварщики во время выполнения сварных работ.

При окислении внутри металла образуется множество воздушных пузырьков, снижающих качество шва. Алюминий же при большом количестве кислорода сгорает.

Кроме аргона, для этой цели используют также гелий. Однако последний применяется реже, поскольку он интенсивнее расходуется и дороже стоит. Кроме того, работа с гелием требует использования защитной одежды.

Еще одним инертным газом, применяемым при сварке, является азот. Это наиболее редкий газ, с помощью которого сваривают медные изделия. Самым востребованным является аргон, именно он и дал разговорное название для этой технологии сварных работ.

Плюсы и минусы аргоно-дуговой сварки

Далее расскажем о достоинствах и недостатках аргоновой сварки труб и других изделий, влияющих на качество шва, его прочность и другие параметры работы.

К достоинствам следует отнести:

• Невысокую температуру нагрева, благодаря которой максимально сохраняются размеры и форма соединяемых заготовок.
• Поскольку инертный газ плотнее и тяжелее воздуха, он вытесняет его из рабочей зоны, обеспечивая ее защиту.
• Благодаря высокой тепловой мощности сварочной дуги соединение заготовок происходит за короткое время.
• Аргоновая сварка труб и других заготовок очень проста в исполнении, может использоваться даже новичками.
• Подходит для работы с различными видами металлов, которые нельзя сваривать с помощью других технологий.

Впрочем, у технологии есть и ряд недостатков:

• Аргоновую сварку нельзя проводить при ветре и сильном сквозняке, поскольку в таких условиях часть газа улетучивается из рабочей зоны, тем самым снижая степень ее защиты и качество сварного шва. Работа с инертными газами выполняется в закрытых помещениях, оборудованных хорошей системой вентиляции.
• Технология предполагает использование сварочного оборудования со сложной системой управления и настройки режимов работы.
• При необходимости использования высокотемпературной дуги понадобится дополнительное охлаждение заготовок.

Области применения аргоно-дуговой сварки

Аргоновую сварку труб и других металлических заготовок используют в различных сферах промышленности, а также в бытовых условиях и на небольших производствах. В основном, технологию применяют для соединения деталей из цветных металлов и легированных сталей. Если предстоит работа с изделиями небольшой толщины, то сварка выполняется без использования присадок.

С помощью технологии сварки в среде защитного газа продлевают срок эксплуатации автомобильных запчастей, нарезают резьбу, латают трещины. Чтобы получить качественный сварной шов, сварщику требуется опыт, а также знания в области физико-химических свойств различных металлов.

Технология аргоновой сварки труб и других изделий из металла позволяет получать высококачественный шов, поддерживать одинаковую глубину проплавления металла. Именно его используют при необходимости соединения неповоротных стыков труб. Для работы с заготовками из алюминиевых и титановых сплавов необходимы неплавящиеся электроды, для изделий из алюминия и нержавеющих сталей – плавящиеся.

Технология сварки труб вручную в аргоне

При помощи ручной аргоновой сварки труб формируют корень шва технологических трубопроводов, изготовленных из углеродистых, низко-, среднелегированных и легированных сталей, диаметр которых не превышает 100 мм, а толщина стенок – 10 мм.

Технологические трубопроводы из хромированных никелевых сплавов монтируют также с помощью сварки в защитной аргоновой среде. Если толщина стенок трубопровода не превышает 3 мм, то их сваривают только аргоно-дуговой технологией. Если же стенки трубы толще 3 мм, то аргоновую сварку применяют для формирования корня шва, дальнейшее соединение элементов трубопровода выполняется аргоно-дуговым способом с использованием присадочной проволоки, ручным методом с применением покрытых электродов или механизированными способами сварки.

Чтобы определить, под каким углом располагать электрод к свариваемой трубе, необходимо ориентироваться на качество защиты и конструктивные особенности горелки. При использовании горелок АГМ-2 и АГС-3 угол может варьироваться в пределах от 0° до 70°, при использовании других горелок (АР-3, МГ-3 и пр.) с канальной схемой истечения газов – от 0° до 25°.

Если в процессе аргоновой сварки труб используется присадочная проволока, то подается она в рабочую зону слева направо, в то время как горелка двигается навстречу проволоке, т. е. справа налево. При формировании корневого шва амплитуда колебаний горелки и присадки составляет от 2 до 4 мм. Если в дальнейшем накладываются еще швы, то горелку перемещают поперечными движениями, амплитуда колебаний которых варьируется от 6 до 8 мм. Оплавляемый конец присадки во время сварочных работ должен находиться в защитной газовой среде. Сама подача проволоки должна происходить плавно, без резких движений.

При ручной аргоновой сварке труб и других металлических заготовок используют как можно более короткую электрическую дугу (около 1–3 мм), ток должен быть постоянным с обратной полярностью. Зажигают и гасят дугу на кромке или на шве соединяемых элементов на расстоянии 20–25 мм сзади кратера. Аргон начинает поступать в горелку за 15–20 секунд до того, как дуга активируется, подача инертного газа прекращается спустя 10–15 секунд после того, как дуга погашена. В эти периоды струю аргона необходимо направлять в зону начала сварки или на кратер.

При аргоновой сварке труб необходимо уделить пристальное внимание корню шва и заделке кратера. В последнем случае оптимально подходит дистанционное управление источником питания электрической дуги. Если нет возможности управлять дугой дистанционно, то в кратер вводят каплю расплавленного металла с присадки, одновременно быстро отводя горелку от области стыка, пока дуга естественным образом не оборвется.

Если сварочные работы выполняются без использования присадочной проволоки, то для заделки кратера горелку сначала быстро уводят в противоположную движению сторону, а потом также быстро возвращают обратно к кратеру. После того как корневой шов сформирован, необходимо проверить его качество. Если будут обнаружены трещины или другие дефекты, то этот участок удаляется с помощью узкого наждачного круга, после чего повторно заваривается с использованием присадки. При формировании корневого шва с применением расплавляемой вставки присадочную проволоку не используют, вставку расплавляют на всю глубину и по всему периметру сварного соединения.

После того как заглушки установлены, инертный газ подают через специальный рукав и заполняют полость трубы. У этого способа есть определенные недостатки. Поскольку для продувки используется свыше 50 % аргона, который защищает рабочую зону, то защита обратной стороны формируемого шва стоит в два раза дороже, чем непосредственно сварка стыка. На увеличении стоимости продувки сказывается необходимость изготовления и установки заглушек. Если работа выполняется с замыкающими стыками, то инертным газом заполняется вся полость трубы.

Для устранения этих недостатков сварщики используют флюс. Паяльную пасту наносят при плюсовой температуре на обратную сторону сварного шва до его кристаллизации. Высыхает паста через 15–20 минут, сварщик контролирует процесс визуально, ориентируясь на ее цвет (сухая масса будет темно-серой).

После установки и крепления к месту стыка воронок из листового асбеста его прогревают одноплеменными универсальными горелками на нейтральном пламени. Их количество выбирается таким образом, чтобы равномерно прогреть свариваемый стык по всей окружности. Кольцевые многопламенные горелки располагают по обе стороны от места соединения заготовок.

Аргоновая сварка труб может выполняться в поворотном и неповоротном положениях. В первом случае ось трубопровода может быть расположена как вертикально, так и горизонтально. Во втором – шов формируется за два поворота. Если длина сваренных участков составляет более 200 мм, используется обратноступенчатый способ.

Аргоновую сварку труб диаметром менее 21,9 см из мартенситных и мартенситно-ферритных сталей выполняет один сварщик. Для работы с трубами большего диаметра необходимо два специалиста. Если диаметр трубы превышает 80 см, то сварку выполняют четыре сварщика, работающие поочередно.

Аргоновая сварка труб из мартенситно-ферритных сталей выполняется при температуре окружающей среды выше 0 °С, работать с трубами из стали 15ХМ можно при температуре воздуха выше +10 °С, при этом заготовки независимо от толщины стенок прогреваются до +250…+300 °С.

Перерыв между завершением сварочных работ и началом термообработки определяется в соответствии с требованиями проекта работ. При аргоновой сварке нельзя перегревать места соединения труб из аустенитной стали. При нагревании металла на расстоянии 20–25 мм от стыка до +100 °С либо делается перерыв в работе, либо стык охлаждается с помощью струи сжатого воздуха.

Если необходимо выполнить аргоновую сварку труб из разнородных сталей разной степени легирования, выбирают технологию и режимы работы, подходящие для сваривания более легированных металлов. При работе с трубами из разнородных сталей, принадлежащих к разным структурным классам, выбранная технология и режим сварки должны обеспечивать наименьшее проплавление основного металла.

При работе с коррозионностойкими и жаропрочными сталями, в составе которых содержится 12 % хрома, а также с высокохромистыми хромоникелевыми сталями температура нагрева должна быть приближена к той, при которой сваривают однородные стали с содержанием хрома 12 %.

Аргоновая сварка труб из нержавейки