Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в инертных газах ниобия и его сплавов

Версия для печатиВерсия для печати

Наибольшее распространение получила ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в камерах с контролируемой атмосферой ниобия и его сплавов, поскольку это оптимальный способ защиты металла шва и околошовной зоны (ОШЗ) от насыщения газами. Сварку ведут в защитной атмосфере, в которой содержание примесей ограниченно (объемные доли, %) - 1×10-4 кислорода (O2), 5×10-4 азота (N2), 2×10-4 влаги (H2O). Подготовка камеры к сварке включает в себя вакуумирование, продувку и заполнение ее инертным газом (аргоном или гелием).

Камеру откачивают до давления ≤3×10-4 мм рт.ст. Адсорбированный кислород и пары воды с внутренней поверхности камеры удаляют при помощи инфракрасного облучения и промывания сверхчистым гелием. Трубопроводы и вентили коммуникационной системы также необходимо продуть. После проведения всех подготовительных мероприятий камеру заполняют инертным газом до рабочего давления 0,05 ати. Во избежание подсоса воздуха, аргон или гелий закачивают с минимальной скоростью, которая обеспечивает заполнение камеры с незначительным избыточным давлением.

Инертные газы применяют дополнительно очищенные и осушенные, также необходима их постоянная очистка в связи с непрерывным загрязнением газами-примесями, выделяющимися в результате протекания технологических процессов сварки, газовой проницаемости материалов камеры, неплотностей вакуумных систем. Газоочистка позволяет получить среднюю концентрацию примесей кислорода, азота до 1×10-5%, паров воды до 1×10-4%.

В процессе сварки содержание примесей в инертном газе повышается и при достижении их концентраций, близких к допустимым, необходимо восстанавливать чистоту инертного газа. Поддержание концентраций примесей ниже допустимых достигается путем непрерывной циркуляции газа через газоочистку с помощью компрессора.

Для сварки используют аргон или гелий. Предпочтение заслуживает гелий, так как при ручной дуговой сварке неплавящимся электродом (TIG, GTAW) в нем величина сварочного тока для проплавления ниобия одной и той же толщины в среднем в 1,5 раза меньше, чем в аргоне. Но при одинаковой чистоте газов аргон (как более плотный) обеспечивает несколько лучшую защиту, чем гелий.

Для устранения возможных прожогов и неравномерного проплавления сборка деталей под сварку должна выполняться при минимальных зазорах. Сварка тонколистового ниобия и сплавов на основе ниобия в камерах с контролируемой атмосферой позволяет получать сварные швы без дефектов, при условии применения оптимальных режимов сварки.

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки неплавящимся электродом ниобия в защитной камере с инертным газом

Толщина, мм

Сила сварочного тока (Iсв), А

Напряжение на дуге (Uд), В

Скорость сварки (Vсв), м/с

Защитный газ

1

100

8

0,28

Аргон
(Ar)

1

175

4

1,12

1

270

10

2,8

2

220

10

0,42

2

420

11

1,68

3

360

12

0,42

1

70

14

0,28

Гелий
(He)

1

125

14

1,12

1

200

16

2,24

2

120

16

0,28

2

270

16

1,68

При сварке неплавящимся электродом со струйной защитой сварного соединения инертным газом на воздухе не обеспечивается хорошее качество сварных швов в связи с ненадежностью защиты от примесей-газов атмосферы, вследствие чего этот вид сварки применяется ограниченно.

С этой целью сварку производят с местной защитой при помощи специальных насадок (микрокамер), которые одевают на сварочную горелку для защиты металла шва и околошовной зоны.

Микрокамера для сварки ниобия

Микрокамера для сварки кольцевых швов ниобия

С обратной стороны защита обеспечивается струей инертного газа, который подводится к металлу шва через отверстия технологической подкладки. Размеры микрокамеры подбираются из расчета защиты инертным газом остываемого металла вплоть до температуры 200°C.

Расход аргона для металлов толщиной 1-2 мм на защиту зоны сварки и остывающих участков соединений составляет 16 л/мин, на защиту обратной стороны шва - 5 л/мин.

Ниобий можно сваривать на постоянном и переменном токе вольфрамовым электродом. Лучшие результаты получаются при ручной дуговой сварке неплавящимся электродом в среде инертных газов (аргона или гелия) постоянным током прямой полярности.