Особенности MIG/MAG-сварки различных материалов

Нелегированные и низколегированные стали. Такие стали хорошо свариваются сваркой MAG в среде газовых смесей М1, М2, М3 или в среде чистого CO₂. Исключение составляют высокоуглеродистые марки с содержанием углерода около 0,45 %. Из-за сильного провара металл шва при смешивании получает относительно много углерода, что угрожает возникновением горячих трещин. Средством против этого могут служить любые способы, уменьшающие провар: низкие значения силы тока, сваривание с несколько опережающим протеканием металла шва и т. п.

Порообразование у нелегированных и низколегированных сталей происходит большей частью из-за азота. Он может выделяться во время перемешивания при сварке сталей с высоким содержанием азота, например нитрированных сталей. Однако большей частью азот проникает из воздуха вследствие негерметичности колокола защитного газа. Надежную защиту обеспечивают правильно заданное количество защитного газа, а также отсутствие завихрений в потоке защитного газа, вызываемых, например, брызгами, попавшими в сопло, или нестабильностью процесса. Диоксид углерода менее восприимчив к этому виду порообразования, чем газовые смеси. У смесей восприимчивость снижается с увеличением доли СО₂.

Высоколегированныестали и никелевые сплавы. В качестве защитного газа для высоколегированных сталей используются смеси аргона и кислорода с содержанием кислорода 1–5 % или аргон с содержанием СО₂ до 2,5 %. При сваривании антикоррозионных сталей серьезной проблемой являются оксидные пленки, остающиеся на шве и рядом с ним после сваривания. Их следует полностью удалить с помощью щетки, облучения либо травления до того, как изделие пойдет в эксплуатацию, так как они снижают антикоррозионную защиту.

Смеси с содержанием углекислоты в этом отношении несколько лучше смесей с содержанием кислорода. Однако доля диоксида углерода в защитном газе не должна быть слишком большой, так как разлагающийся в дуге газ ведет к насыщению металла шва углеродом и, как следствие, к снижению антикоррозионной защиты. Максимально допустимое содержание СО_2–5 %.

При сваривании антикоррозионных сталей следует избегать любого перегрева, так оно может привести к охрупчиванию и снижению антикоррозионной защиты из-за выделения карбида хрома. Поэтому процесс ввода тепла должен постоянно контролироваться, кроме того, следует делать паузы, чтобы изделие могло остыть. Для материалов группы полноаустенитных сталей рекомендована «холодная» сварка для предотвращения появления горячих трещин. Так как аустенитные стали не становятся хрупкими под воздействием водорода, для повышения мощности (увеличения скорости сваривания) к аргону можно примешать водород, но не более 7 % из-за возможности порообразования. Двухслойные стали, обладающие двойной структурой из аустенита и феррита, напротив, больше тяготеют к образованию трещин под воздействием углерода. Никелевые сплавы технологией MIG свариваются, как правило, в среде аргона. У чистого никеля и некоторых сплавов небольшие добавки водорода могут снизить поверхностные напряжения и улучшить этим рисунок шва.

Алюминийи его сплавы. Как правило, в качестве защитного газа при сварке MIG алюминиевых материалов используется аргон. Из-за высокой теплопроводности алюминия особенно эффективны в этом случае добавки гелия, который улучшает теплопроводность и содержание тепла в атмосфере защитного газа. Это ведет к более глубокому и широкому провару.

Если глубокий провар не нужен, например при сваривании тонких листов, процесс сварки при той же форме провара можно вести быстрее. Из-за высокой теплопроводности алюминия изделия с более толстым сечением можно предварительно нагревать. Это не только обеспечивает надежность провара, но и снижает риск порообразования, так как металл шва имеет больше времени для дегазации при застывании. При использовании защитных газов с содержанием гелия – его доля составляет обычно 25 или 50 % – предварительное нагревание можно сократить, а при более тонких стенках от него можно и совсем отказаться. Благодаря этому высокая цена газов, содержащих гелий, частично оправдывается.

Особенность MIG-сварки алюминия в том, что она проводится под действием постоянного тока обратной полярности.

При сварке MIG сложностей с удалением тугоплавкой оксидной пленки на сварочной ванне нет: на горелку c электродом подключается «—», а на деталь – «+». Это обеспечивает разрушение поверхностного слоя алюминия (происходит так называемая катодная очистка) и плавление детали. Необходимо помнить, что этот метод будет эффективным только в случае небольшой толщины защитной пленки. Так что в любом случае рекомендуется непосредственно перед свариванием удалить пленку с помощью скребка или щетки, так как пленка гигроскопична и из нее в металл шва может проникнуть водород.

Водород – это единственная причина порообразования при MIG-сварке алюминиевых материалов. В жидком состоянии алюминий обладает относительно высокой способностью растворять водород, а в твердом алюминии этот газ практически не растворяется. Поэтому, если порообразование недопустимо, весь водород, проникший в металл при сварке, должен быть удален до застывания. Это не всегда возможно, прежде всего у изделий большой толщины. Поэтому в толстых изделиях из алюминия невозможно добиться швов, совершенно не имеющих пор.

Алюминиево-магниевый сплав и силумины склонны к образованию при сварке горячих трещин, если содержание кремния составляет примерно 1 %, а содержание магния – около 2 %. Этой области легирования следует избегать с помощью соответствующей присадки. Чаще всего проволочный электрод, чье легирование на один уровень выше, чем легирование сплава изделия, лучше, чем электрод с таким же легированием.

MIG-сварка алюминия может проводиться в разных пространственных положениях детали. Если сварка выполняется в вертикальном положении, то горелку нужно двигать сверху вниз. Это обязательное правило, в противном случае шов не удастся. Сопло должно быть направлено несколько вверх. Вертикальные изделия нужно сваривать быстро, чтобы расплавленный металл не успевал стекать вниз.

Режимы полуавтоматической сварки плавящимся электродом алюминия в аргоне для металла толщиной 3 мм: диаметр электрода – 0,8 мм, сварочный ток – 120–145 А, скорость подачи проволоки – 900 м/ч, скорость сварки – 30 м/ч, расход аргона – 15–17 л/мин.

Прочие материалы. Кроме вышеназванных материалов, достаточно часто сваркой MIG свариваются также медь и медные сплавы. Из-за высокой теплопроводности чистая медь должна быть предварительно сильно нагрета во избежание дефектов сцепления.

Металл шва из бронзовой проволоки, например из алюминиевой или оловянной бронзы, обладает хорошими антифрикционными свойствами. Поэтому он используется для наплавки на поверхности скольжения. При таких работах на железных материалах провар должен поддерживаться небольшим с помощью соответствующих мер, так как железо обладает лишь незначительной растворимостью в меди. Оно включается в металл шва в виде шариков и снижает эксплуатационные характеристики. Схожие условия действуют и при пайке MIG. Эта технология используется, например, для соединения оцинкованных листов в автомобилестроении. В качестве присадки используются проволочные электроды из кремнистой или оловянной бронзы. Благодаря низкой точке плавления этих бронз снижается испарение цинка. Возникает меньше пор, а защитное цинковое покрытие сохраняется и рядом со швом, и на обратной стороне. Здесь тоже следует избегать проникания провара в стальной материал, а сцепление должно осуществляться, как и при высокотемпературной пайке, исключительно благодаря силам диффузии и адгезии. Это достигается правильной настройкой сварочных параметров и особенным положением горелки, благодаря которому дуга горит только на жидкой сварочной ванне.