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 |
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 |
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.
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.