Гелий в сварке: зачем он нужен и когда эффективнее аргона

Инертные газы играют важнейшую роль в современных сварочных технологиях. При этом гелий занимает особое место благодаря уникальным физическим свойствам, которые в определенных условиях дают существенные преимущества перед более распространенным аргоном. Это и обуславливает тот факт, что продажи гелия остаются стабильными.

Какие физические свойства важны для сварки

Гелий обладает несколькими критически важными для сварочного процесса характеристиками:

1. Высокий потенциал ионизации (24,6 эВ против 15,8 эВ у аргона). Это означает, что для ионизации гелия требуется больше энергии, что влияет на характеристики дуги.

2. Высокая теплопроводность (примерно в 10 раз выше, чем у аргона). Этот параметр особенно важен, так как он определяет, как тепло распределяется в зоне сварки.

3. Меньшая плотность (0,178 кг/м³ при нормальных условиях, что примерно в 10 раз легче аргона). Это влияет на формирование газовой защиты и расход газа.

Кроме того, высокий потенциал нагрева приводит к формированию более горячей дуги при тех же параметрах сварки.

Функции гелия в сварочном процессе

При выполнении сварочных работ гелий выполняет несколько важных функций:

1. Защищает сварочную ванну от атмосферных газов. Гелий не вступает в химические реакции с расплавленным металлом, предотвращает образование оксидов и нитридов.

2. Формирование специфической геометрии дуги. Дуга в гелии шире, у нее более высокая температура, чем в аргоне, что влияет на форму проплавления.

3. Высокая теплопроводность гелия обеспечивает более эффективный перенос тепла от дуги к свариваемому металлу.

Также гелий стабилизирует дугу при определенных режимах сварки, особенно при высоких токах.

Когда гелий эффективнее аргона

Гелий эффективнее аргона в следующих ситуациях:

1. При сварке материалов с высокой теплопроводностью. При работе с такими металлами как медь, алюминий и их сплавами гелий обеспечивает лучший прогрев из-за высокой теплопроводности. Тепло быстро отводится от места сварки этими металлами, и высокая температура гелиевой дуги компенсирует этот эффект.

2. При сварке материалов большой толщины. Гелий формирует более широкую и горячую дугу, что обеспечивает более глубокое проплавление. Это критически важно при работе с толстостенными изделиями. Форма проплавления при использовании гелия более широкая и глубокая, с параллельными стенками.

3. При скоростной сварке. Высокая энергия гелиевой дуги позволяет увеличить скорость сварки при сохранении качества шва. Это повышает общую производительность.

4. При сварке в режиме струйного переноса гелий обеспечивает его стабилизацию, что особенно важно при сварке алюминиевых сплавов.

Гелий также более эффективен, чем аргон при выполнении сварки в труднодоступных местах. Лучшее распределение тепла позволяет компенсировать неудобства позиционирования электрода.

Смеси газов

Часто гелий применяется не в чистом виде, а в составе газовых смесей. Наиболее распространены следующие комбинации:

1. Гелий-аргон в различных пропорциях (часто 75% He + 25% Ar или 50% He + 50% Ar). Такие смеси сочетают преимущества обоих газов: стабильность зажигания дуги от аргона и высокую теплопроводность от гелия.

2. Смесь гелий-аргон-углекислый газ используется для сварки нержавеющих сталей. Добавка CO₂ улучшает смачиваемость и растекаемость металла.

3. Смесь гелий-аргон-водород применяется для сварки аустенитных нержавеющих сталей и никелевых сплавов. Водород в них повышает тепловложение и улучшает смачиваемость.

Использование преимуществ газовых смесей на основе гелия повышает качество сварочных работ.

Практические тонкости применения гелия

При работе с гелием и его смесями важно учитывать несколько особенностей:

• необходимость корректировки параметров сварки. Это связано с более высоким напряжением дуги в гелии, что может потребовать перенастройка сварочного аппарата;

• адаптация техники сварки. У гелиевой дуги особые характеристики, что требует адаптации движений сварщика;

• из-за низкой плотности гелия необходимо увеличивать его расход для надежной защиты сварочной ванны;

• легкий гелий более чувствителен к воздушным потокам, что может потребовать дополнительной защиты зоны сварки.

Рекомендуется использовать специальные сопла с большим диаметром выходного отверстия для компенсации быстрого рассеивания гелия.

Сравнительная таблица свойств гелия и аргона: