Смесь без искр: как газ влияет на микроструктуру сварного шва

Сварка — это не просто соединение металлов, а сложный физико-химический процесс, в котором ключевую роль играет защитный газ. Правильно подобранная газовая смесь не только предотвращает окисление, но и влияет на прочность, пластичность и долговечность сварного шва. Поэтому нужно знать, как газ меняет микроструктуру шва, почему важно купить баллон кислорода или инертного газа у проверенных поставщиков.

Роль защитного газа в сварке

В процессе сварки металл нагревается, плавится и становится очень уязвимым к воздействию окружающей среды. Кислород и азот, которые содержатся в воздухе, активно вступают в реакцию с расплавленным металлом, образуют оксиды и нитриды.

Эти соединения в дальнейшем приводят к образованию пор, трещин и включений, которые значительно снижают качество шва. Защитный газ, подаваемый в зону сварки, вытесняет воздух, создает инертную или полуинертную атмосферу. Он защищает расплавленный металл от негативного воздействия.

Защитные газы делятся на две основные категории:

1. Инертные (аргон, гелий) – не вступают в реакцию с металлом. Они используются для сварки цветных металлов и легированных сталей, где требуется максимально чистый шов.
2. Активные (углекислый газ, кислород) – могут влиять на химический состав шва. Например, смесь 80% Ar и 20% CO2 используется для сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Использование чистого аргона, например, обеспечивает стабильную дугу и минимальное разбрызгивание. Но в некоторых случаях добавление кислорода (5–10%) улучшает текучесть расплава и снижает пористость. Поэтому часто целесообразно купить баллон кислорода для создания оптимальной газовой смеси.

Влияние газа на микроструктуру шва

Воздействие газа на микроструктуру шва происходит на нескольких уровнях:

1. Формирование зерна. Скорость охлаждения металла напрямую влияет на размер зерна в шве. Газ с более высокой теплопроводностью, такой как гелий, отводит тепло быстрее, что приводит к формированию более мелкого зерна. Мелкозернистая структура, как правило, более прочная и пластичная.
2. Легирование. В случае с активными газами, такими как CO2, происходит частичное легирование. Под воздействием высокой температуры CO2​ распадается на оксид углерода и кислород. Этот кислород, в свою очередь, может реагировать с элементами в присадочной проволоке (например, марганцем или кремнием). В результате формируются мелкодисперсные включения, которые делают шов прочным и однородным.
3. Образование пор и включений. Неправильный выбор газа может привести к образованию дефектов. Например, если для сварки алюминия использовать CO2​, то он будет активно реагировать с металлом, образовывать оксиды, что приведет к появлению включений и пористости.
4. Стабилизация дуги. Состав газа влияет на стабильность сварочной дуги. Смесь аргона с CO2​ делает ее более стабильной и концентрированной. Это повышает эффективность контроля проплавления и формирует равномерный шов.

Исследования показали, что:

1. При сварке в среде чистого аргона зерно в шве получается более крупным, что снижает ударную вязкость.
2. Добавление 25% углекислого газа уменьшает зерно на 15–20%, повышает прочность соединения.
3. Кислородные смеси (1–5%) ускоряют окисление примесей, что делает шов чище, но требует точного дозирования.

Нужно помнить, что микроструктура шва влияет на его эксплуатационные свойства. Например, при сварке нержавеющей стали избыток кислорода может привести к образованию карбидов хрома, снизить коррозионную стойкость. Поэтому перед тем как купить баллон кислорода, важно рассчитать оптимальный состав смеси.

Как выбрать газ для сварки

Следующие факты и цифры помогут подобрать подходящую сварочную смесь:

1. Для сварки нержавеющей стали часто используется смесь 98% аргона и 2% кислорода. Кислород в этом случае стабилизирует дугу и улучшает текучесть металла. В результате формируется более гладкий и блестящий шов.
2. При переходе с чистого CO2​ на смесь аргона с CO2 (например, 80% Ar и 20% CO2​) можно добиться повышения производительности сварки до 20-30%. Это обеспечивается за счет более высокой скорости сварки и уменьшения разбрызгивания металла.
3. В среде чистого аргона дуга более широкая и менее концентрирована. Поэтому этот газ используется для сварки тонких листов металла, где важно избежать прожогов.
4. При сварке с использованием гелия проплавление увеличивается на 30-50% по сравнению с аргоном. Это позволяет сваривать более толстые детали за один проход.

Для сварки алюминия и титана используются только инертные газы (аргон, гелий). Для низкоуглеродистой стали подходит смесь Ar с CO₂ (20%). Сварка высоколегированных сталей выполняется с применением аргона с минимальными добавками кислорода (1–2%).

Нужно помнить, некачественный газ может содержать примеси, которые снижают качество шва. Поэтому перед тем, как купить баллон кислорода или аргона, нужно проверить его чистоту.

Газ – это не просто «защита» от воздействия воздуха, а инструмент управления свойствами сварного шва. Правильный выбор смеси позволяет добиться мелкозернистой структуры, высокой прочности и отсутствия дефектов.