Аргонодуговой сваркой можно выполнять всё виды соединений: стыковые, тавровые, нахлесточные и угловые.
При сварке активных металлов необходимо не только получить хороший провар в корне шва, по и обеспечить защиту от воздуха с обратной стороны расплавленного и нагретого металлов. Это достигается использованием медных или других подкладок с канавками, в которые подается защитный инертный газ. Эта же цель в некоторых случаях достигается при использовании флюсовых подушек. При высокой химической активности титана и его сплавов непременным условием получения качественного соединения при сварке является не только хорошая защита сварочной ванны, но и полная двухсторонняя защита участков сварного соединения, нагретых выше 500 градусов, от взаимодействия с воздухом. Для это применяются специальные насадки и поддувки.
Для сварки тугоплавких и активных металлов, для улучшения защиты нагретого и расплавленного металла используют специальные камеры (сварка в контролируемой атмосфере). Детали помещают в специальные камеры, откачивают воздух до создания вакуума и заполняют инертным газом высокой чистоты. Сварку выполняют вручную или автоматически с дистанционным управлением.
Для сварки в контролируемой атмосфере крупногабаритных изделий находят применение обитаемые камеры объёмом до 450 м3. Сварщик находится внутри камеры в специальном скафандре с индивидуальной системой дыхания. Инертный газ, заполняющий камеру, регулярно очищается и частично заменяется. Для доступа сварщика в камеру и подачи необходимых материалов имеется система шлюзов.
Ручную аргонодуговую сварку выполняют без колебательных движений горелки, которые не рекомендуется применять из-за возможности нарушения защиты зоны сварки. Угол между осью мундштука аргонодуговой горелки и плоскостью свариваемого изделия должен быть 75 – 80°. Присадочную проволоку располагают под углом 90° относительно оси мундштука горелки, а угол между проволокой и изделием должен быть 15 – 20°. Совершенно недопустимо вводить присадку в столб дуги, т. к. это приводит к мгновенному оплавлению прутка и разбрызгиванию. Во время сварки необходимо следить, чтобы расплавленный металл находился в защитной зоне газа. По окончании сварки перекрывать защитный газ можно только при остывании вольфрамового электрода (5 – 10 секунд). Вылет вольфрамового электрода: 5 – 12 мм.
Гелиедуговая сварка имеет одинаковый принцип работы с аргонодуговой сваркой, поэтому отдельно не рассматривается.
При сварке меди и некоторых типов нержавеющих сталей для защиты зоны дуги можно использовать азот, полученный путем ректификации воздуха на кислородных установках. Азот инертен по отношению к меди. Хранят и транспортируют азот в стальных баллонах черного цвета с Желтой кольцевой полосой при давлении 15 МПа.
При азотно-дуговой сварке электродами служат угольные или графитные стержни, применять вольфрамовые стержни нецелесообразно, так как образующиеся на их поверхности нитриды вольфрама легкоплавки, вследствие чего расход вольфрама резко возрастает. При азотно-дуговой сварке угольным электродом напряжение дуги должно быть 22 – 30 В. Сварку выполняют постоянным током прямой полярности, диаметр угольного электрода 6–8 мм при токе 150 – 500 А. Расход азота составляет 3 – 10 л/мин. Установка для сварки в азоте аналогична установке для сварки в аргоне. Горелка должна иметь специальные сменные наконечники для закрепления угольных стержней.
Аргонодуговая сварка в инертных газах или их смесях отличается минимальным угаром легирующих элементов, что важно для высоколегированных сталей. Сварку неплавящимся электродом выполняют на постоянном токе прямой полярности (за исключением сталей с большим содержанием алюминия, которые сваривают на переменном токе). Толщина свариваемого металла не более 5…7 мм. Хорошее формирование обратного валика позволяют рекомендовать сварку вольфрамовым электродом для выполнения корневых швов на сталях повышенных толщин (остальные валики могут выполняться под флюсом, покрытыми электродами или плавящимся электродом в защитных газах). Сварку можно вести непрерывно или импульсной дугой, вручную, механизировано или автоматически.Лучшие результаты при сварке большинства металлов дает применение электродов не из чистого вольфрама, а торированных, иттрированных или ланттанированных. Добавка в вольфрам при изготовлении электродов 1,5–2% окислов иттрия и лантана повышает их стойкость и допускает применение повышенных на 15% сварочных токов. Перед сваркой рабочий конец электрода обычно затачивают на конус с углом 60° на длине двух-трех диаметров. Форма заточки электрода влияет на форму и размеры шва. С уменьшением угла заточки и диаметра притупления в некоторых пределах глубина проплавления возрастает.
Основным недостатком сварки свободногорящей дугой является невысокая производительность. Разработано несколько разновидностей сварки вольфрамовым электродом, основанных на увеличении проплавляющей способности дуги за счет увеличения интенсивности теплового и силового воздействия дуги на свариваемый металл. К этим разновидностям относятся сварка погруженной дугой, с применением флюса, при повышенном давлении защитной среды, импульсно-дуговая, плазменная сварка.
Интересной разновидностью применения вольфрамового электрода является сварка погруженной дугой, при которой используют электрод повышенного диаметра и повышенный сварочный ток. Соединение собирают встык без разделки кромок, без зазора. При увеличении подачи защитного газа через сопло до 40 – 50 л/мин дуга обжимается газом, что повышает ее температуру. Как и в плазмотронах проходящий через дугу газ, нагреваясь, увеличивает свой объем и приобретает свойства плазмы. Давление защитного газа и дуги, вытесняя расплавленный металл из-под дуги, способствуют ее углублению в основной металл. Таким образом, дуга горит в образовавшейся в металле полости. Это позволяет опустить электрод так, чтобы дуга горела ниже поверхности металла. Глубина проплавления достигает 10–12 мм. и выше, расход аргона составляет 15–20 л/мин.
Этим способом можно сваривать титан, алюминий, высоколегированные стали толщиной до 36 мм с двух сторон.
Нанесение на поверхность свариваемых кромок слоя флюса небольшой толщины (0,2–0,5 мм), состоящего из соединений фтора, хлора и некоторых оксидов, способствует повышению сосредоточенности теплового потока в пятне нагрева и увеличению проплавляющей способности дуги. При этом благодаря высокой концентрации тепловой энергии повышается эффективность проплавления и снижается погонная энергия при сварке.
Мощность дуги возрастает с увеличением давления окружающей зону сварки защитной атмосферы при неизменной силе тока и длине дуги. Дуга при этом сжимается, благодаря чему увеличивается её проплавляющая способность примерно на 25–60%. Этот способ может использоваться при сварке в камерах с контролируемой среде, с применением общей защиты.
Импульсная дуга находит применение для сварки тонколистового металла. Основной металл расплавляется дугой, горящей периодически отдельными импульсами постоянного тока с определенными интервалами во времени. При большом перерыве в горении дуги дуговой промежуток деионизируется, что приводит к затруднению в повторном возбуждении дуги. Для устранения этого недостатка постоянно поддерживается вторая, обычно маломощная дежурная дуга от самостоятельного источника питания. На эту дугу и накладывается основная импульсная дуга. Дежурная дуга, постоянно поддерживая термоэлектронную эмиссию с электрода, обеспечивает стабильное возникновение основной сварочной дуги.
Шов в этом случае состоит из отдельных перекрывающих друг друга точек. Величина перекрытия зависит от металла и его толщины, силы сварочного тока и тока дежурной дуги, скорости сварки и т.д. С увеличением силы тока и длительности его импульса ширина шва и глубина проплавления увеличиваются. Размеры шва в большей степени зависят от силы тока, чем от длительности его импульса. Благоприятная форма отдельных точек, близкая к кругу, уменьшает возможность вытекания расплавленного металла из сварочной ванны (прожога). Поэтому сварку легко выполнять па весу без подкладок при хорошем качестве, но всех пространственных положениях.
Представляет определенный интерес использование внешнего магнитного поля для отклонения или перемещения непрерывно горящей дуги. Внешнее переменное или постоянное магнитное поле, параллельное или перпендикулярное к направлению сварки, создается П-образными электромагнитами. При использовании постоянного магнитного поля дугу можно отклонить в любую сторону относительно направления сварки. При отклонении дуги в сторону направления сварки (магнитное поле также параллельно направлению сварки) наблюдается такой же эффект, как и при сварке наклонным электродом – углом вперед. В этом случае уменьшается глубина проплавления. При отклонении дуги в обратном направлении наблюдается увеличение глубины проплавления, как при сварке с наклоном электрода углом назад.
При переменном внешнем магнитном поле дуга колеблется с частотой внешнего магнитного поля. К результате изменяются условия ввода теплоты в изделие, и, а частности, се распределение по поверхности. При колебании дуги поперек направления сварки увеличивается ширина шва и уменьшается глубина проплавления. Это позволяет сваривать тонколистовой металл. Удобно использовать этот способ для сварки разнородных металлов (например, меди и стали и др.) небольшой толщины при отбортовке кромок.
Колебания, сообщаемые расплавленному металлу сварочной ванны, изменяют характер его кристаллизации и способствуют измельчению зерна. В результате улучшаются свойства наплавленного металла. Поэтому этот способ используют при сварке металлов, характеризующихся крупнозернистым строением металла шва, таких как алюминий, медь, титан и их сплавы. Имеется положительный опыт использования способа и при сварке высокопрочных сталей и сплавов.