Alegerea gazelor de protecţie la sudarea MIG/MAG şi TIG şi influenţa acestora asupra rezultatului final

Sudura

de Sorin Udrea

Deoarece în ultima vreme am observat din ce în ce mai multe greşeli în modul de alegere a gazelor de protecţie la sudarea MIG/MAG şi respectiv TIG, mi-am propus ca în prezentul articol să fac o scurtă prezentare a gazelor de protecţie şi a modului în care acestea influenţează procesul de sudare şi rezultatul final.

Din păcate, majoritatea utilizatorilor de echipamente de sudare consideră că singurul rol al gazului de protecţie este acela de a proteja baia de material topit de efectele dăunătoare pe care le pot avea asupra ei oxigenul şi azotul din atmosferă. Ceea ce se uită, însă, este faptul că alegerea corectă a gazului de protecţie aduce şi alte avantaje.

Beneficii importante ale gazelor de protectie:

  • Creşterea productivităţii;
  • Îmbunătăţirea calităţii cordoanelor de sudură;
  • Reducerea costurilor de producţie.

 

Gazul de protecţie are implicaţii deosebite asupra:

  • Proprietăţilor materialului sudat: duritatea, rezistenţa la coroziune  etc;
  • Forma şi mărimea băii de material topit;
  • Gradului de topire şi a porozităţii materialului din zona de îmbinare;
  • Vitezei de sudare şi cantităţii de stropi.

 

Tipuri de gaze de protectie

Pentru a înţelege ce tip de gaz de protecţie este alegerea optimă pentru fiecare aplicaţie în parte, voi detalia, în cele ce urmează, tipurile de gaze de protecţie care se pot utiliza şi modul în care ele influenţează sudura.

 

Argon

Argonul este utilizat pentru sudarea materialelor neferoase (cum ar fi aliaje de aluminiu, cupru, nichel etc) şi a metalelor radioactive (zirconiu etc.) sau dificil de prelucrat (titan etc.). Argonul oferă o stabilitate excelentă a arcului, ceea ce  permite obţinerea unei bune pătrunderi şi a unei excelente calităţi a cordonului de sudură.

În cazul sudării materialelor feroase, argonul este, de cele mai multe ori, amestecat cu alte gaze, cum ar fi: oxigen, CO2, hidrogen.

Potenţialul scăzut de ionizare al argonului ajută la o bună transmitere a curentului de sudare. În plus, determină obţinerea unui arc bine constrâns şi cu o densitate mare de curent, fapt ce permite concentrarea energiei pe o suprafaţă relativ redusă.

 

 Dioxidul de carbon (CO2)

Fiind un gaz reactiv CO2 – ul se descompune, în arcul electric, în monoxid de carbon şi oxigen liber. Acest oxigen liber se combină, la rândul său, cu diverse elemente care se transferă prin intermediul arcului electric şi formează oxizi care ies la suprafaţa cordonului de sudură.

Datorită efectului de oxidare pe care îl determină, CO2 – ul este folosit în forma pură pentru sudarea oţelului carbon, deoarece este simplu de procurat şi permite obţinerea de cordoane de sudură de bună calitate şi cu un cost relativ scăzut.

Totuşi, datorită faptului că nu permite sudarea în spray-arc, utilizarea acestui gaz în stare pură este limitată la modurile de transfer în scurt-circuit şi globular. De fapt, unul dintre dezavantajele majore date de utilizarea CO2 – ului este transferul globular grosier, caracterizat prin apariţia de stropi.

Acest gaz are un cost scăzut de achiziţie, însă acest lucru nu este întotdeauna echivalent şi cu cel mai mic cost de sudare pe metru. Rata de depunere mai mică, care are drept cauză pierderile importante generate de cantitatea relativ ridicată de stropi, poate influenţa costul final al operaţiei de sudare. De asemenea, costurile de manoperă implicate de operaţiile de îndepărtare a stropilor determină o creştere semnificativă a costului total de producţie.

 

Heliu

Heliul este un gaz inert, utilizat în aplicaţiile de sudare care necesită introducerea unei mari cantităţi de căldură în material. Are avantajul de a îmbunătăţi viteza de sudare şi de a creşte pătrunderea, însă nu permite obţinerea unui arc la fel de stabil ca în cazul utilizării argonului.

Heliul are o mai mare conductivitate termică decât argonul şi determină un arc mai lat şi o baie de material topit mai fluidă. Acest lucru este avantajos atunci când se sudează aliaje de aluminiu, magneziu sau cupru.

 

Amestecuri de gaze

Dintre numeroasele amestecuri de gaze realizate pentru a îmbunătăţi procesul de sudare merită menţionate următoarele:

 

Argon/Oxigen

Adăugarea unor mici cantităţi de oxigen în argon, în mod normal între 1% şi 5%, determină obţinerea unui arc foarte stabil, creşte rata de depunere, reduce curentul de sudare la sudarea în spray-arc şi influenţează forma cordonului de sudură. Baia de material topit este mai fluidă şi îşi păstrează fluiditatea mai mult timp, permiţând sudorului să modeleze mai uşor cordonul de sudură.

Prin adăugarea unui procent de 1% O2 în argon se obţine un amestec utilizat, în principal, la sudarea oţelului inoxidabil în spray-arc. Această cantitate de O2 este suficientă pentru a stabiliza arcul şi pentru a îmbunătăţi rata de transfer şi aspectul cordonului de sudură.

Prin adăugarea unui procent de 2% O2 în argon se obţine un amestec care poate fi utilizat la sudarea în spray-arc  a oţelului carbon, a oţelului slab aliat şi a oţelului inoxidabil. Baia va fi mai fluidă faţă de amestecul cu 1% O2.

Proprietăţile mecanice şi de rezistenţă la coroziune sunt similare, indiferent că se utilizează 1% O2 sau 2% O2, însă atunci când se sudează oţel inoxidabil folosind 2% O2, culoarea cordonului va fi mai închisă.

Amestecul conţinând 5% O2 şi 95% argon deter­mină o baie de material topit mai fluidă, însă controlabilă fără probleme. Acesta este cel mai folosit amestec argon/O2 pentru sudarea oţelului carbon. Creşterea procentului de O2 va permite şi creşterea vitezei de sudare.

 

Argon/CO2

Amestecurile formate din Argon şi CO2 sunt utilizate, în special, la sudarea oţelului carbon şi a oţelurilor slab aliate şi au aplicabilitate limitată în cazul oţelului inoxidabil. CO2-ul amestecat cu argon va determina, în cazul utilizării de curenţi mari de sudare, creşterea cantităţii de stropi.

La sudarea MAG, folosind drept gaz de protecţie un amestec de argon şi CO2, trebuie utilizat un curent de sudare mai ridicat pentru a obţine un transfer prin pulverizare (spray- arc) stabil. Dacă în amestec utilizăm mai mult de 20% CO2, transferul prin pulverizare devine instabil.

Un procent de 5% CO2 în amestec permite sudarea în curent pulsat şi, respectiv, sudarea MAG cu transfer prin scurt-circuit  pentru o gamă variată de grosimi de material. Forţele care se dezvoltă în arcul electric permit o mai bună topire a materialului şi obţinerea unei băi mai uşor de controlat faţă de cazul în care se utilizează un amestec de argon/oxigen.

Un procent de 10% CO2 în amestec permite creşterea cantităţii de căldură introdusă în material şi determină o baie mai lată şi mai fluidă, atât în cazul transferului prin scurt-circuit, cât şi în cazul transferului prin pulverizare.

Existenţa în amestec a 15% CO2 permite sudarea unei game variate de oţeluri carbon şi slab aliate. În cazul transferului prin scurt-circuit, acest amestec permite obţinerea unei productivităţi maxime la sudarea materialelor subţiri, minimizând tendinţa de topire excesivă dată de utilizarea unei cantităţi mai mari de CO2, dar permiţând creşterea ratei de depunere şi a vitezei de sudare.

Un procent de 20% CO2 permite sudarea oţelului carbon, utilizând un transfer prin scurt-circuit sau un transfer prin pulverizare, însă poate produce o cantitate mai mare de stropi faţă de amestecul cu 15% CO2.

Amestecul conţinând 25% CO2 este folosit la sudarea MAG a oţelurilor cu conţinut scăzut de carbon, folosind un transfer prin scurt-circuit. Acest amestec se comportă bine în aplicaţii care necesită utilizarea unui curent ridicat. Generează un arc cu o bună stabilitate, un bun control şi un aspect calitativ ridicat al cordonului de sudură, însă nu permite sudarea utilizând transferul prin pulverizare (spray-arc).

Amestecul conţinând 40% CO2 şi restul argon este recomandat pentru sudarea cu anumite sârme tubulare, permiţând obţinerea unui arc stabil şi reducerea cantităţii de stropi. 

Amestecul cu 50% CO2 şi 50% argoneste utilizat pentru sudarea în scurt-circuit a ţevilor, în mod special atunci când pe piesele care se sudează sunt prezenţi diverşi contaminanţi.

 

Argon/Heliu

De obicei, argonul şi heliul sunt amestecate pentru a se putea beneficia de avantajele aduse de ambele gaze. Astfel, în timp ce argonul determină un arc stabil şi are un bun efect de curăţare, heliul determină o baie mai lată şi mai fluidă.

Amestecurile argon/heliu sunt folosite, în principal, la sudarea TIG a neferoaselor precum aluminiu şi cupru, pentru a creşte cantitatea de căldură introdusă în material. În general, cu cât este mai gros materialul de bază, cu atât va fi mai ridicat procentul de heliu. Procente mici de heliu, în jur de circa 20%, vor afecta arcul.

Odată cu creşterea procentului de heliu vor creşte tensiunea arcului, cantitatea de stropi şi raportul dintre lăţimea şi adâncimea cordonului de sudură, în timp ce se reduce pericolul apariţiei de pori la sudarea aluminiului.

Într-un astfel de amestec, argonul trebuie să fie în procent de minim 20% pentru a se produce şi menţine un transfer prin pulverizare stabil.

Existenţa în amestec a25% heliu este recomandată la sudarea neferoaselor, atunci când este necesară creşterea cantităţii de căldură introdusă în material şi când se doreşte un cordon de sudură cu un aspect excelent.

Un amestec cu 50% heliu şi 50% argoneste adecvat pentru sudarea mecanizată, cu viteză de sudare mare, a materialelor neferoase cu grosimi mai mici de 15 mm.

Un amestec cu 75% heliuşi25% argoneste adecvat pentru sudarea mecanizată a aluminiului cu grosimi mai mari de 25 mm, în PA.

 

Costurile implicate de gazul de protecţie

Costurile de producţie sunt un factor important atunci când trebuie să alegem procesul de sudare adecvat, iar în cadrul acestui factor trebuie să ţinem cont şi de costurile asociate gazelor de protecţie.

După cum spuneam, alegerea gazului cel mai ieftin nu înseamnă şi obţinerea celui mai mic cost pe metrul de sudură. Gazul de protecţie este doar o componentă din în­tregul proces şi, din acest motiv, utilizatorii trebuie să înveţe cum să controleze toate componentele procesului.

De exemplu, alegerea unui gaz mai scump, însă care permite obţinerea unei rate de depunere mai mari şi a unei viteze de sudare mai bune, coroborat cu reducerea cantităţii de stropi va avea un puternic impact asupra costurilor totale de sudare, deoarece economiile făcute la costurile implicate de prelucrările ulterioare (precum curăţare sau remedieri ulterioare) sunt mult mai mari faţă de costul gazelor.

De asemenea, instalarea unui sistem centralizat de gaz poate ajuta din următoarele puncte de vedere:

  • sudorul nu va mai pierde timp cu urmărirea şi înlocuirea buteliilor de gaz;
  • se vor reduce riscurile de ajustare total eronată a debitelor de gaz de protecţie;
  • în cazul în care sunt necesare amestecuri de gaze şi se utilizează un sistem centrali­zat de alimentare şi amestecătoare de gaz, atunci costurile se vor reduce substanţial în comparaţie cu cazul în care se cumpără gazul gata amestecat şi ambalat în butelii, iar utilizatorul are posibilitatea de a jongla cu procentele din amestec, pentru a vedea care este combinaţia optimă pentru aplicaţia sa.

 


Sorin Udrea este General Manager Laser Technology Soluţii Globale Srl



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord