Особенности различных материалов

Уже было сказано, что технология сварки МИГ/МАГ подходит для сваривания большого количества различных материалов. Ниже будут рассмотрены особенности сваривания этих материалов. 

Нелегированные и низколегированные стали

Нелегированные и низколегированные стали свариваются в среде газовых смесей M1, M2, M3 или в среде чистого диоксида углерода. Однако в Германии большей частью используются газовые смеси вследствие незначительного брызгообразования, в первую очередь, в верхней части диапазона мощности. В целом эти стали хорошо свариваются технологией сварки МАГ. Исключение составляют высокоуглеродистые марки, например, E 360 (ранее St. 70) 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 любые средства, уменьшающие провар и, следовательно, смешивание. Сюда относятся низкие значения силы тока, а также сваривание с несколько опережающим протеканием металла шва - внимание: опасность возникновения дефектов сцепления.

Порообразование у нелегированных и низколегированных сталей происходит большей частью из-за азота. Он может выделяться при перемешивании при сварке сталей с высоким содержанием азота, например, нитрированных сталей. Однако, большей частью он проникает из воздуха вследствие негерметичности колокола защитного газа. Надежную защиту обеспечивает 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 CO2. 

Высоколегированные стали и никелевые сплавы

Эта группа материалов в принципе также хорошо сваривается при сварке МИГ/МАГ. В качестве защитного газа для высоколегированных сталей используются смеси аргона и кислорода с содержанием кислорода 1-5 % (M1.1) или аргон с содержанием CO2 до 2,5 % (M1.2). При сваривании антикоррозионных сталей серьезную проблему представляют оксидные пленки, остающиеся на шве и рядом с ним после сваривания. Их следует полностью удалить при помощи щетки, облучения либо травления, до того, как изделие пойдет в эксплуатацию, так как они снижают антикоррозионную защиту. Затраты на очистку после сварки МАГ больше, чем после ручной сварки стержневыми электродами, при которой шлаковый слой мешает доступу кислорода к поверхности шва при высоких температурах. Поэтому части экономической выгоды при частично механизированной сварке может быть потеряна вследствие дополнительных затрат на доработку. Смеси с содержанием CO2 в этом отношении несколько лучше смесей с содержанием O2. Поэтому доля их использования растет. 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. Допустимое содержание CO2 ограничено максимум 5 %.

При сваривании антикоррозийных 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, возможно, 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 несколько процентов водорода. Но содержание H2 не должно превышать 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 свариваются, как правило, в среде аргона технологией МИГ. У чистого никеля и некоторых сплавов небольшие добавки водорода могут снизить поверхностные напряжения и улучшить этим рисунок шва. 

Алюминий и его сплавы

Алюминиевые материалы, как правило, свариваются технологией МИГ. Как правило, в качестве защитного газа используется аргон. Из-за высокой теплопроводности алюминия особенно эффективны в этом случае добавки гелия. Как уже было сказано, гелий 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 - доли составляют обычно 25 % или 50 % - предварительное нагревание можно сократить, а при более тонких стенках от него можно совсем отказаться. Благодаря этому высокая цена газов, содержащих гелий, частично оправдывается.

При сварке МИГ сложностей с удалением тугоплавкой оксидной пленки на сварочной ванне нет, так как электрод подключается к положительному полюсу (катодная очистка). Тем не менее, рекомендуется удалить пленки непосредственно перед свариванием при помощи скребка или щетки, так как пленка гигроскопична и из нее в металл шва может проникнуть водород. Водород - это единственная причина порообразования при сваривании 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. Положительное влияние предварительного нагревания уже было упомянуто выше.

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

Прочие материалы

Кроме вышеназванных материалов достаточно часто сваркой МИГ 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 при помощи 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 МИГ. 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, и защитное цинковое покрытие сохраняется и рядом со швом, и на обратной стороне. Здесь тоже следует избегать проникания провара в стальной материал, a сцепление должно осуществлятьcя, 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.