Опытное сравнение сварочной смеси ARCAL Force и СО2.
Автор статьи: Н.А. Яшенков (ООО «Эр Ликид» Россия).
Фотографии: В.В. Широков, Н.К. Малышева, М.А.Чурбанов.
Сварка, как самый доступный процесс получения неразъёмных соединений различных металлических конструкций, постоянно требует внедрения современных технологических решений и связанных с ними инноваций.
В статье речь пойдёт о принципиальных отличиях сварочных смесей и углекислого газа, как защитных сред при использовании в полуавтоматической сварке, способных по-разному влиять на конечный результат получения сварных соединений, на примере сварочного теста, проведённого на производственной базе компании «Центр Технологий Сварки» (Фото1).
Фото 1. Проведение сварочного теста в ООО «Цент Технологий Сварки».
В отличие от углекислого газа, который преимущественно применяется в связи с кажущейся на первый взгляд дешевизной данной газовой среды, сварочная смесь имеет ряд весомых преимуществ, напрямую влияющих на производительность процесса, экономию времени и материальных ресурсов для всего производства в целом:
1. Повышение стабильности процесса сварки – стабильное горение сварочной дуги;
2. Возможность использования производительных типов переноса электродного металла;
3. Снижение потерь электродного металла на разбрызгивание;
4. Уменьшение времени на зачистку швов и околошовной зоны от налипших брызг;
5. Уменьшение расхода зачистного инструмента;
6. Увеличение срока службы спецодежды сварщиков;
7. Уменьшение набрызгивания электродного металла в сопло горелки и на контактный наконечник – увеличение срока службы расходных материалов;
8. Более лёгкое управление сварочной дугой и формированием сварочной ванны – шов более равномерный и гладкий, чем при сварке в CO2;
9. Повышение жидкотекучести сварочной ванны – оптимальное усиление шва, более плавный переход сварного шва к основному металлу, отсутствие подрезов;
10. Улучшение условий труда для сварщиков – значительное снижение дымообразования и сварочных аэрозолей – уменьшение вредного воздействия на здоровье сварщика;
11. Уменьшение выгорания легирующих элементов – возможность применения менее дорогих сварочных проволок;
12. Возможность увеличения скорости сварки – общее увеличение производительности сварки;
13. Уменьшение зоны термического влияния – уменьшение коробления свариваемых деталей;
14. Увеличение глубины проплавления при стабильном горении дуги на повышенных значениях тока сварки;
15. Уменьшение высоты усиления шва – использование сварочной проволоки с максимальной эффективностью;
16. Уменьшение времени на зачистку сварных швов до необходимой геометрии.
Сравнение защитных газовых сред при использовании в полуавтоматической сварке.
В работе были использованы два вида защитных газовых сред: смесь сварочная на основе аргона ARCAL Force и 100% углекислота (Фото 2).
Фото 2. Применяемые сварочные газы и оборудование.
Основная задача теста – продемонстрировать на практике преимущества сварочной смеси.
Сварочное оборудование, присадочный материал и защитные газы.
Сварочные работы проводились на современном сварочном оборудовании REHM модель MEGA.PULS FOCUS - 400 W (Германия).
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
Диапазон настройки - плавная
регулировка [A] 10 - 400
Продолжительность включения (ПВ)
при Imax. (10 мин) при 40 °C [%]60
Сварочный ток при ПВ 100 % и 40 °C [A] 310
Напряж. холост. хода [В] 75
Напряжение сети [В] 3 x 400
Предохранитель (инерционный) [A] 25
Охлаждение горелки W - с водяным охлаждением
Степень защиты - IP 23
Вес источника [кг] 165
Вес механизма подачи проволоки [кг] 25
Размеры источника (дxшxв) [мм] 820 x 440 x 975
Размеры механизма подачи проволоки (дxшxв) [мм] 390 x 235 x 590
В качестве присадочного материала использовалась сварочная проволока марки СВ08Г2С диаметром 1,2мм сплошного сечения.
В качестве защитных газов применялась чистая углекислота (100%CO2) и сварочная смесь на основе аргона «ARCAL Force»(82%Ar+18%CO2).
Принцип проведения сварочного теста.
Работы проводились на заготовках из низколегированной конструкционной стали марки 09Г2С размером 200*80мм. Образцы были сварены из заготовок разных толщин – 2, 3, 5 и 8мм.
Для лучшего определения визуальных отличий сварных швов, для сварки были выбраны односторонние тавровые сварные соединения без скоса кромок по типу Т1 (ГОСТ 14771-76). Сварка производилась в нижнем положении.
В процессе сварки были произведены следующие замеры:
1. Расход защитного газа в единицу времени, л/мин;
2. Параметры режимов работы сварочного оборудования (скорость подачи сварочной проволоки, ток сварки, напряжение на дуге);
3. Время сварки участка шва образца длиной 200мм, сек.;
4. Расход сварочной проволоки на образец длиной 200мм, м.
Сварочный тест.
Перед началом сварочных работ, все заготовки были зачищены до металлического блеска на ширину ≥20мм от кромки (Фото 3).
Фото 3. Предварительная зачистка заготовок под сварку.
Образцы сваривались попеременно с применением 100% СО2, и далее – с применением сварочной смеси ARCAL Force. Оптимальный расход защитного газа в рабочих условиях для сварки проволокой Ø1,2мм в среде СО2 составил 20л/мин, тогда как расход смеси ARCAL Force был определён достаточным в объёме 12л/мин. Замер расхода газа был сделан на выходе газа из сопла горелки (Фото 4).
Фото 4. Замер расхода газа на выходе из сопла горелки.
расход газа в СО2 |
расход газа в ARCALForce |
Подбор сварочных параметров и результаты сварки отображены на фото 5.
Фото 5. Подбор сварочных параметров и результаты сварки в зависимости от толщины заготовок.
S=8мм: СO2 Iсв=247A) | ARCAL Force (Iсв=320A |
расход проволоки: 7,7м | расход проволоки: 7,2м |
Результат сварки в СО2 | Результат сварки в ARCALForce |
S=5мм:СO2 (Iсв=182A) | ARCAL Force (Iсв=257A) |
расход проволоки: 4,3м | расход проволоки: 3,6м |
Результат сварки в СО2 | Результат сварки в ARCALForce |
S=3мм: СO2 (Iсв=142A) | ARCAL Force (Iсв=165A) |
расход проволоки: 3,2м | расход проволоки: 2,5м |
Результат сварки в СО2 | Результат сварки в ARCALForce |
Результаты:
Замер времени сварки таврового соединения образцов толщиной S=8мм показал, что при использовании СО2, образец длиной L=200мм был сварен за 70сек (1мин 10сек).
Тот же образец, при использовании сварочной смеси ARCAL Force, был сварен за 38сек.
Это было достигнуто путём подбора режимов сварки с использованием струйного переноса электродного металла, который при сварке в СО2 не доступен.
Результатом стало увеличение скорости сварки в 1,8 раза, при снижении расхода защитного газа в 1,7 раз.
Аналогичные результаты получены при сварке образцов других толщин:
Образец S=5мм, L=200мм: время сварки в СО2 - 52сек; в среде ARCAL Force - 24сек
Образец S=3мм, L=200мм: время сварки в СО2 - 41сек; в среде ARCAL Force - 27сек
Сварные швы имеют значительные визуальные отличия (Фото 6)
Фото 6. Визуальные отличия полученных сварных швов.
В процессе проведения теста были отмечены следующие отличительные особенности сварки в двух различных типах газовых сред:
1. Устойчивое горение сварочной дуги в среде ARCAL Force, за счёт отличия процесса образования капли металла на конце электродной проволоки и другого типа переноса её в сварочную ванну (Фото 7).
Фото 7. Различия процесса переноса электродного металла.
сварка в СО2 (с разбрызгиванием) | сварка в ARCAL Force |
2. Увеличение наплавки металла в единицу времени и как следствие – значительное увеличение скорости сварки.
3. Уменьшение поверхностного натяжения капли металла на конце электродной проволоки (Фото 8) и увеличение жидкотекучести сварочной ванны в среде сварочной смеси ARCAL Force. Как следствие – практически полное отсутствие разбрызгивания и налипания крупных и мелких капель жидкого металла на поверхности сварного шва, в ОШЗ, на рабочие элементы сварочной горелки (наконечник, сопло, адаптер наконечника), на лицевую часть спец.одежды и обуви, а также на сварочные краги и защитное стекло сварочной маски.
Фото 8. Различия в формировании капли металла и набрызгивание на горелку.
сварка в СО2 | сварка в ARCAL Force |
4. Высокая стабильность горения дуги в среде сварочной смеси ARCAL Force позволила легче отслеживать процесс формирования сварочной ванны и получить более равномерную и гладкую поверхность сварного шва (Фото 9).
Фото 9. Отличия формирования поверхности сварных швов.
сварка в СО2 | сварка в ARCAL Force |
5. В процессе сварки в среде сварочной смеси ARCAL Force образовывалось значительно меньше дыма, чем при сварке в СО2 (Фото 10).
Фото 10. Образование дыма при сварке в разных газах.
сварка в СО2 | сварка в ARCAL Force |
6. Шлак в виде силикатной стекловидной плёнки на поверхности сварных швов сваренных в среде сварочной смеси ARCAL Force практически отсутствует.
7. Усиление шва сваренного в среде сварочной смеси ARCAL Force является оптимальным в отличие от излишнего усиления полученного при сварке в СО2 (Фото 11).
Фото 11. Различия в формировании усиления швов при сварке.
сварка в СО2 |
сварка в ARCAL Force |
В завершение сварочного теста была проведена сварка тонколистового металла S=2мм, с целью выявления возможности получения меньших деформаций сварного соединения, при использовании сварочных смесей ARCAL Force, за счёт уменьшения тепловложения при сварке и соответственно, уменьшения размера зоны термического влияния.
Визуальное сравнение послесварочных деформаций сваренных тавровых соединений показало, что сварка в среде углекислого газа приводит к более заметным деформациям, чем в среде ARCAL Force (Фото 12).
Фото 12. Различия послесварочных деформаций тонколистового металла.
Сварка в среде 100% СО2 S=2мм, L=200мм |
Сварка в среде ARCAL Force S=2мм, L=200мм |
На представленных фотографиях видно, что сварка тонколистового металла, проведённая в сварочной смеси ARCAL Force характеризуется меньшими послесварочными напряжениями и как следствие, меньшими деформациями сварного соединения.
Вывод: В процессе проведения практических работ, опытным путём были подтверждены основные преимущества сварки в среде сварочной смеси ARCAL Force по сравнению со сваркой в СО2.
Ссылки:
1.«Современная полуавтоматическая сварка с применением сварочных смесей ARCAL» Н.А. Яшенков. Научно-технический журнал «Мир сварки», №3-4 (35-36) 2014.
2.«Преимущества инновационных баллонов и моноблоков для сварочных смесей ARCAL» Н.А. Яшенков, И.П. Музанов. Научно-технический журнал «Мир сварки», №5-6 (37-38) 2015.