Файл: Котвицкий, А. Д. Сварка в среде защитных газов учебное пособие.pdf

и магниевых сплавов; марки В — для сварки изделий из чистого алюминия, нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов; аргон технический предназначен в основном для плазменной резки.

Г ел ий — инертный газ без цвета и запаха, плотность его в 10 раз меньше плотности аргона и .в 7,25 раза мень­ ше воздуха. В воздухе гелия содержится 0,00046%- Гелий в больших количествах содержится в минералах, имею­ щих в своем составе радиоактивные элементы — уран и торий; горных породах, рудничных, природных и нефтя­ ных газах.

Получают гелий в промышленности из природных га­ зов методом фракционированной конденсации, т. е. пу­ тем сжатия и охлаждения до температур конденсации и отделения примесей.

Транспортируют гелий в стальных баллонах в газооб­ разном состоянии под давлением 150 атм. В баллоне ем­ костью 40 л помещается 6 м 3 газообразного гелия. При­ меняется гелий в тех же случаях, что и аргон. Иногда изза дороговизны гелия его смешивают с аргоном. Более широко применяют смеси из 20% гелия и 80% аргона.

В среде гелия напряжение дуги при прочих равных ус­ ловиях примерно в два раза выше, чем в среде аргона. При сварке однородных металлов малых толщин при одинаковых силах тока и скоростях перемещения дуги в среде гелия обеспечивается более глубокое проплавление металла, чем при сварке в аргоне. Это физическое свой­ ство гелия используют при сварке плавящимся электро­ дом нержавеющих сталей, титана и его сплавов.

Так как при сварке в гелии достигается более высокая температура дуги, предпочитают гелиевую защиту при сварке деталей больших толщин, металлов повышенной теплопроводности, теплоемкости и с более высокой тем­ пературой плавления.

При выборе защитного газа учитывают недефицитность и экономическую целесообразность его применения.

В соответствии с МРТУ 51-77-66 гелий выпускают двух сортов: технический и высокой чистоты. Чистота тех­ нического гелия — 99,8%, гелия высокой чистоты —

99,98%.

При сварке в-нижнем и вертикальном положениях рас­ ход гелия должен быть на 30—50% больше, чем аргона-, при сварке в потолочном положении расход гелия равен! расходу аргона. Для сварки высокоактивных металлов

30

(алюминий, магний, титан) применяют более чистый ге­ лий и аргон. При малом объеме сварочной ванны даже очень тонкая окисная пленка препятствует формированию

шва.

В о д о р о д — горючий, активный газ, с восстанови­ тельными свойствами, без цвета, запаха и вкуса. Плот­ ность водорода 0,00008988 г/см3, а по отношению к возду­ ху 0,069, т. е. в 14,5 раза легче воздуха. Это самый легкий газ. Применяется водород при атомно-водородной сварке, при пайке в восстановительной атмосфере, для некоторых металлургических процессов, при плазменной резке в смеси с аргоном и другими газами.

Водород сжижается при температуре —241° С. Жид­ кий водород кипит (испаряется) при температуре —252,8° С и затвердевает при температуре —259° С. Во­ дород горит в смеси с кислородом и воздухом, взрыво­

опасен.

Основная опасность, связанная с применением водоро­ да, заключается в образовании взрывчатых водородо­ воздушных и водородо-кислородных смесей. Пределы взрываемости водорода с воздухом и кислородом очень широки и составляют 3,3—81,5% и 4,65—93,9%. Наиболее сильную взрывчатую смесь водород дает с кислородом: 2 объема водорода и 1 объем кислорода или 4,8 объема воздуха (гремучий газ). Водород непосредственно соеди­ няется с многими неметаллами. Например, образование фтористого водорода HF в результате соединения водоро­ да с фтором происходит со взрывом даже при температу­ ре около 200° С.

С хлором водород соединяется тоже со взрывом, но уже при температуре 400° С. Смесь водорода с хлором, взятых в равных частях, взрывается даже от действия солнечных лучей или от сильного искусственного света.

Получают водород электрическим путем или воздей­ ствием пара на раскаленную железную стружку. При электролизе дистиллированной воды получают водород чистотой 99,7% (остальное — кислород и примеси). Элек­ тролизом раствора хлорных солей получают водород ме­ нее чистый — 97,5%. Водород получают также из метана и других углеводородных газов такой же чистоты.

ГОСТ 3022—70 предусматривает выпуск трех марок водорода в зависимости от способа получения: марка А— полученный электролизом воды, чистота 99,7%; марка Б — полученный железопаровым методом, чистота 98,0%;

31

марка В — полученный электролизом хлористых солей, из метана и других углеводоров, чистота 97,5%.

Эти марки водорода пригодны для дуговой сварки, так как в его присутствии многие газы не в состоянии образо­ вывать химические соединения (например, азот, кислород идр.). Для атомно-водородной сварки применяют техниче­ ски чистый водород, однако часто применяют азотно-во­ дородную смесь, получаемую разложением аммиака в специальных установках при температуре 550—650° С в присутствии катализатора по реакции

2NH3—>3H2-j-N2,

т. е. на 75% водорода образуется 25% азота. В присутст­ вии большего количества более активного водорода азот не оказывает вредного воздействия на металл.

Аз от не имеет цвета, запаха, вкуса. Это активный газ, образующий с металлами нитриды, снижающие механи­ ческие свойства металла. При температуре —196° С пре­ вращается в жидкость. Получают его из воздуха методом глубокого охлаждения и превращения в жидкость. Затем при ректификации жидкого воздуха первым испаряется азот, а кислород и аргон при этой температуре находят­ ся в жидком состоянии, так как температура испарения аргона —185° С, а для кислорода —183° С (т. е. выше тем­ пературы испарения азота).

В воздухе азота содержится 78%, кислорода 21%, а аргона 0,9%, поэтому эти газы получают из воздуха. Плот­ ность азота 0,00125 г/см3 или 0,97 плотности воздуха. К некоторым металлам азот инертен (например, к меди, серебру, золоту), к другим металлам и материалам мало­ активен (например, к железу, нержавеющим сталям), к другим более активен (например, к алюминию, титану, молибдену, ниобию). Его влияние приводит к охрупчива­ нию шва, снижению механических свойств металлов. Осо­ бенно чувствуется насыщение азотом при сварке много­ слойных швов.

Применяют азот в качестве защитного газа при сварке только тех металлов, к которым он инертен или оказыва­ ет положительные или слабые отрицательные воздейст­ вия. Только при большом объеме работ применение азо­ та экономически выгодно благодаря тому, что стоимость азота во много раз менее аргона.

В соответствии с ГОСТ 9293—59 азот выпускается трех сортов: электровакуумный, содержащий азота не ме­

32

нее 99,9; азот I сорта — чистотой 99,5; азот II сорта — чис­ тотой 99,0%. Остальное — допустимое содержание кисло­

рода.

У г л е к и с л ы й г а з С 02— бесцветный газ, с едва ощутимым запахом, активный по отношению к металлам, с резко выраженными окислительными свойствами. При повышении давления и понижении температуры перехо­ дит в жидкое или твердое состояние. Под давлением 5,25 кГ/см2 и температуре 56° С углекислота находится во всех трех состояниях (так называемая тройная точка). Плотность жидкой углекислоты зависит от температуры: 1 л жидкой углекислоты при температуре +20° С имеет массу 0,77 кг, а при температуре ниже 11° С жидкая уг­ лекислота становится тяжелее воды, т. е. масса 1 л боль­ ше 1 кг. При, испарении 1 кг жидкой углекислоты образу­ ется 0,509 м3 углекислого газа.

Получают углекислоту в промышленности следующи­ ми способами: обжигом известняка в специальных печах (в известняке содержится до 40% С 02); взаимодействием серной кислоты с эмульсией мела (выделяется углекис­ лый газ); из газов брожения гидролизной, сахарной про­ мышленности, содержащих углекислый газ; из выхлоп­ ных газов двигателей внутреннего сгорания, содержащих большое количество углекислого газа.

Сжижение заключается в троекратном сжатии газа в компрессорах с последующим охлаждением в теплооб­ менниках, с отделением в промежутках между очередны­ ми сжатиями твердых частиц, растворимых примесей, масла, влаги. Некоторое количество влаги все же в бал­ лонах остается, и при эксплуатации баллона с углекис­ лым газом дополнительно убирают влагу (пропуская через селикагель) и подогревают газ перед поступлением в редуктор.

Хранят жидкую углекислоту в баллонах при давлении 50—60 атм. В баллон емкостью 40 л заливают 25 л жид­ кой углекислоты, что при испарении составляет 12 600 л углекислого газа. Зимой заливают в такой баллон 30 л уг­ лекислоты, что при испарении образует 15 120 л газа. При испарении углекислоты и выделении из нее газа резко снижается температура, которая приводит при расходах свыше 1000 л/ч к замерзанию влаги в редукторе. Поэтому стараются поглотить осушителем влагу, а затем перед по­ ступлением в редуктор газ подогревают.

В редукторе происходит снижение давления. Температура при этом снижается до минусовой, и влага конден­ сируется на клапане. Редуктор «замерзает» изнутри, об­ мерзает клапан и прекращается подача газа. Если газ подогреть перед редуктором, то при снижении темпера­ туры в редукторе она не достигает минусовых значений и «замерзание» клапана не происходит. При большом расходе газа (т. е. более 1000 л/ч) ставят на параллель­ ную работу несколько баллонов.

ГОСТ 8050—64 предусматривает выпуск углекислоты: сварочной I и II сорта, а также пищевой углекислоты. В баллоны для пищевой углекислоты не разрешается поме­ шать углекислоту других марок. В табл. 8 приведены за­ щитные газы для дуговой сварки.

§ 8. НЕПЛАВЯЩИЕСЯ ЭЛЕКТРОДЫ

Т р е б о в а н и я к н е п л а в я щ и м с я э л е к т р о ­ дам. Основными требованиями, предъявляемыми к не­ плавящимся электродам для сварки в среде защитных газов, являются: высокая температура кипения (испаре­ ния) и плавления, высокая электронная эмиссия, необ­ ходимая механическая прочность, высокая коррозионная стойкость.

Указанным требованиям удовлетворяет вольфрам,

ется одним из самых тугоплавких металлов.

Плотность его 19,35 г/см3, температура плавления 3500° С (практически 3380°—3600° С), температура кипе­ ния 5900° С, удельное электросопротивление при 0° С 5,035-10-6 Ом/см, твердость по Бринеллю НВ 544—^391 *, механическая прочность ав= 84,4-ь110 кГ/мм2. Примене­ ние вольфрамового электрода при газоэлектрической сварке возможно только при наличии неокислиТельной среды (инертные газы, вакуум), восстановительной среды (водород), а также в среде азота, с которым вольфрам не реагирует даже при очень высоких температурах. При

* «Тугоплавкие материалы в машиностроении». Машгиз, 1967. Под ред. К. И. Портного и А. Т. Туманова,

37