Секреты сварки при низкой температуре

В чем сложность? Сварка при низкой температуре, то есть зимой, производится по другим правилам, которые отличаются от тех, что применяются летом. Сварщика поджидают шлаковые включения, непровары, падение пластичности металла, кроме того, возможен удар током и перебои в работе трансформатора.

Что делать? Чтобы избежать проблем, для сварки зимой используется профессиональное оборудование, готовится отапливаемое помещение, а если такового нет, то палатка с тепловой пушкой. Сам сварщик одевается в зимний комплект робы и не пользуется маской «хамелеон».

Особенности сварки при низкой температуре

Следует отметить, что в данной статье речь пойдет не о холодном сваривании металлов – предмете мечтаний всех металлургов. Это процесс соединения металлических заготовок, который не изменял бы физико-химических характеристик материала в шве и околошовной зоне. В данном случае имеется в виду классический метод ручной электродуговой сварки, который применяется уже не первую сотню лет, только при низких температурах окружающего воздуха.

Сварка при низкой температуре действительно имеет особенности. Электрическая дуга, температура в которой может превышать сто миллионов градусов Цельсия, заставляет металл в близких к ней зонах прогреваться до + 6 000°C (как на поверхности Солнца). Любая материя при таком нагреве начинает испаряться, превращаясь в газ.

Воздействие электрической дуги приводит к испарению металла. Именно поэтому необходима эффективная вытяжка и вентиляция в помещениях для проведения сварочных работ. Зоны испарения очень малы и в пар превращается небольшое количество металла и содержащихся в нем примесей и легирующих добавок с последующей быстрой конденсацией образующихся газов.

Большая часть материала прогревается до температуры, не превышающей +3 000°С. Учитывая, что температура плавления железа составляет +1 580°С, этого более чем достаточно, чтобы расплавленный металл образовал так называемую сварочную ванну. В ней происходит взаимодействие основного материала с присадочным и формируется сварное соединение двух заготовок.

Годовые колебания температуры воздуха на Крайнем Севере происходят в диапазоне от +50°C в летние месяцы и до -60°C – в зимние. На первый взгляд огромная температура, до которой нагревается металл под действием электрической дуги, делает невозможным влияние даже самых лютых морозов на ход процесса сварки. Однако наиболее значимые изменения в структуре материала сварного шва происходят во время его остывания.

Проблемы сварки при низкой температуре

Шлаки

Из-за огромной теплоемкости атмосферы и достаточно высокого коэффициента теплопередачи металл сварочной ванны в ходе остывания и кристаллизации подвержен воздействию температуры окружающего воздуха.

Свойства шлаковых включений существенно отличаются от особенностей материала – как основного, так и присадочного. Шлак способен серьезно снижать прочность металла, а значит, его наличие нежелательно. Именно поэтому у сварщиков обычно под рукой находится специальный молоток, с помощью которого он очищает швы от шлака сразу после застывания расплава в сварочной ванне.

Сварка при низкой температуре воздуха осложняется тем, что на сильном морозе кристаллизация жидкого металла может быть слишком быстрой. Всплывающие под действием архимедовой силы шлак и пузырьки газов в таких условиях не успевают добраться до поверхности и покинуть быстро густеющий расплав.

В результате в кристаллизующемся металле образуется шлак и пузырьки газа, которые приводят к порообразованию, различимому на поверхности при визуальном осмотре швов. Шлаковые включения и пустоты делают сварные соединения менее устойчивыми к излому и растяжению.

Согласно результатам испытаний охлаждение окружающего воздуха с +20°С до -50°С приводит к сокращению времени кристаллизации расплава на 10%, а значит, значительная часть (до 50%) шлака и пузырьков газа не успевают покинуть сварочную ванну.

Непровары

При понижении температуры окружающего воздуха тепло быстрее отводится от зоны плавления, что зачастую приводит к недостаточно интенсивному прогреву соединяемых кромок. В результате резко снижается качество швов, возникают участки, на которых не происходит объединения соединяемых заготовок в одно целое.

Удары током

Низкая температура делает воздух более влажным. При локальном нагреве, производимом электрической дугой, испаряющиеся микроскопические кристаллы льда быстро конденсируются на электродах и заготовках, что резко повышает риск ударов током.

Под действием дуги происходит реакция гидролиза, приводящая к выделению из воды водорода и кислорода. Первый из них становится причиной порообразования, а второй – взаимодействует с основным металлом и содержащимися в нем добавками с образованием оксидов и окалины. Водорода выделяется относительно мало, поэтому опасности его взрыва нет, а вот пострадать от удара током вполне возможно.

Снижение пластичности металла

Еще один значимый эффект, возникающий при сварке на морозе, состоит в том, что холод снижает пластичность металла и ухудшает его механические характеристики. Резкая разница параметров основного металла и материала швов существенно снижает эксплуатационные характеристики готовых конструкций и изделий.

Сбои в работе сварочного оборудования

Чем сильнее охлажден металл заготовок, тем ярче проявляются негативные эффекты, о которых шла речь выше. Морозы ниже -40°С – нормальное явление на Крайнем Севере, однако в большинстве регионов сварка при отрицательной температуре подразумевает холод до -15°С.

При такой температуре на первый план может выходить другая проблема. Дело в высокой влажности воздуха в сочетании с нагреванием отдельных деталей сварочного аппарата.

Горячие провода и обмотка трансформатора расплавляют микроскопические кристаллы замерзшей воды, которые превращаются в жидкость, – отличный проводник электрического тока.

Несмотря на то, что провода в обмотках покрыты тонким слоем изолирующего лака, влага попадает также на поверхность многочисленных контактов, а значит, повышается риск короткого замыкания. По этой причине специалисты категорически не советуют пользоваться дуговой сваркой при отрицательной температуре окружающего воздуха.

Стоит упомянуть интересный факт: пользоваться сваркой можно даже в условиях открытого космоса, где температура равна -273 °С! Правда, речь идет не о дуговом, а об электронно-лучевом методе сварочного соединения металлических деталей, который был опробован на орбите в 1984 году.

Правила сварки при низкой температуре

Сварка при минусовой температуре в первую очередь требует применения соответствующего оборудования. Стандартными сварочными инверторами пользуются, если окружающий воздух имеет температуру не ниже -10°С. Если же мороз сильнее, специалисты рекомендуют применять профессиональные или полупрофессиональные модели оборудования, которые предназначены для проведения сварочных работ на холоде, укомплектованы устойчивыми к переохлаждению катушками и проводами, а также сертификатами с указанием завода-производителя, типа, марки и даты выпуска. Также следует пользоваться электродами и прочими сварочными материалами, которые соответствуют таким условиям эксплуатации.

Чтобы обеспечить безопасность сварочных работ и получить качественный результат, необходимо соблюдать правила сварки при отрицательной температуре. Сварщику следует:

• очистить рабочую зону от снега;
• тщательно прогреть соединяемые заготовки (к примеру, при проведении сварочных работ при температуре, достигающей -20°С, металл свариваемых стальных деталей прогревается до +120–160°С, а вот медные и алюминиевые элементы не нуждаются в предварительном прогреве);
• при проведении сварочных работ в зимнее время на улице следует пользоваться сварочным током с обратной полярностью.

Существует также ряд частных рекомендаций для сварки при отрицательной температуре:

• сварные швы не должны накладываться друг на друга;
• нельзя допускать резких переходов между заготовками разной толщины;
• в начале сварки следует наложить стыковые швы;
• надо свести к минимуму объем расплава в сварочной ванне;
• сварку следует вести, увеличив сварочный ток на 10–15 % и понизив скорость движения кончика электрода относительно стыка деталей;
• кромки соединяемых заготовок необходимо подготовить к сварке, тщательно зачистив их поверхность;
• вместо прихваток для предварительной фиксации заготовок следует использовать струбцины, зажимы и другие подобные приспособления;
• необходимо пользоваться марками электродов, обеспечивающими пластичность металла сварных швов, например: Э50А, Э46А, Э42А и т. д.

Дополнительное оборудование для сварки при низкой температуре

При соединении элементов металлических конструкций при отрицательной температуре окружающего воздуха широко применяют защитные газовые среды. Подаваемая в рабочую зону под давлением смесь газов препятствует контакту жидкого металла в сварочной ванне с окружающим воздухом и предотвращает окисление расплава.

Применение инертных газов для защиты зоны плавления основного и присадочного материала позволяет избежать образования окалины, оксидов и нитридов, а также сократить количество пузырьков газа в расплавленном металле.

Для формирования защитной атмосферы применяют:

• смесь двуокиси углерода с аргоном; углекислого газа и аргона;
• гелий;
• водород (для специальных видов сварки).

Сварка в защитной газовой среде сопровождается струйным переносом присадочного материала в сварочную ванну, что позволяет получить в шве металл с плотной пластинчатой структурой, без пузырьков газа.

В идеальном варианте в сильные морозы лучше переносить сварочные работы в отапливаемые сухие помещения с хорошей вентиляцией. В цехах без стационарной системы отопления проблему можно решить с помощью тепловых пушек. Лучше всего пользоваться для обогрева рабочих площадей электрическими моделями, в которых не происходит сгорания топлива, а значит, для их эксплуатации не требуются вентиляционные системы повышенной производительности и дополнительные вытяжки.

Экипировка сварщика для работы на холоде

Для того чтобы сварочные работы выполнялись с максимальной эффективностью и высоким качеством, необходимо обеспечить работникам надлежащие условия и комфортную экипировку. Конечно же, лучше всего, когда работа выполняется в теплых и хорошо вентилируемых помещениях. В таком случае и проблема спецодежды будет решаться без особых проблем. Однако достаточно часто сварщикам приходится работать вне специально оборудованных цехов.

Обязательными элементами экипировки сварщика, помимо штанов и курток из огнестойких тканей с маркировкой «ТР» или «ТР-30» (когда сварка производится при температуре ниже -30 °С и сильном ветре), является большой перечень средств индивидуальной защиты (СИЗ). При выполнении сварочных работ работники должны пользоваться рукавицами (крагами) и при необходимости фартуком.

Один из важнейших предметов экипировки сварщика – специальная сварочная маска. В наши дни большинство профессионалов пользуется моделями со специальными светофильтрами – «хамелеонами».

Главная часть всех сварочных масок – светофильтр, в состав которого входят слои поляризационных пленок. В современных фильтрах, способных мгновенно изменять способность пропускать световые лучи, применяются жидкие кристаллы. Время реакции таких стекол составляет одну тысячную долю секунды, что позволяет обеспечить надежную защиту глаз от световых вспышек и жесткого излучения в ультрафиолетовом диапазоне, которые сопровождают горение сварочной дуги.

Понижение температуры окружающего воздуха до -10°С увеличивает время, за которое светофильтр способен затемняться до 5–9 тысячных долей секунды, а этого уже недостаточно для защиты органов зрения от вредного воздействия излучения сварочной дуги. При дальнейшем снижении температуры «хамелеонами» становится невозможно пользоваться из-за возросшего в разы времени реакции фильтров.

Подводя итог, следует констатировать, что сварка при минусовой температуре вполне возможна. Главное – правильно подобрать оборудование, сварочные материалы, экипировку сварщика и СИЗ.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.