Кіріспе

Бірнеше дәнекерлеу процестерінде жиі қолданылатын газдар. Қорғау газдары – бірнеше дәнекерлеу процестерінде, әсіресе газды металл доғалы дәнекерлеуде және газды вольфрам доғалы дәнекерлеуде (GMAW және GTAW, көбінесе MIG (Metal Inert Gas) және TIG (Tungsten Inert Gas) деп аталады) жиі қолданылатын инертті немесе жартылай инертті газдар. Олардың мақсаты – дәнекерлеу аймағын оттегі мен су буынан қорғау. Дәнекерленетін материалдарға байланысты, бұл атмосфералық газдар дәнекерлеу сапасын нашарлатуы немесе дәнекерлеуді қиындатуы мүмкін. Басқа доғалы дәнекерлеу процестері де дәнекерді атмосферадан қорғаудың басқа тәсілдерін пайдаланады – мысалы, қалқандалған металл доғалы дәнекерлеуде, тұтынылған кезде көмірқышқыл газын бөліп шығаратын флюспен қапталған электрод қолданылады, бұл жартылай инертті газ және стальді дәнекерлеу үшін қолданылатын жарамды қорғау газы болып табылады. Дәнекерлеу газын дұрыс таңдамау кеуекті және нашар дәнекерлеуге немесе шамадан тыс шашырауға алып келуі мүмкін; соңғысы дәнекерлеудің өзіне әсер етпесе де, шашыраған тамшыларды жоюға жұмсалатын еңбекке байланысты өнімділіктің төмендеуіне себеп болады. Егер сақтықсыздықпен қолданса, қорғау газдары оттегіні ығыстырып, гипоксияға және тіпті өлімге әкелуі мүмкін.

Жалпы қолданылатын қалқалау газдары

Қалқа газдары екі категорияға бөлінеді – инертті немесе жартылай инертті. Сирек газдардың тек екеуі ғана, гелий мен аргон, дәнекерлеуде қолдануға экономикалық тұрғыдан тиімді. Бұл инертті газдар газды вольфрам арқылы доғамен дәнекерлеуде, сондай-ақ, темір емес металдарды дәнекерлеу үшін газды металл арқылы доғамен дәнекерлеуде қолданылады. Жартылай инертті қалқа газдары, немесе активті қалқа газдары, көмірқышқыл газы, оттегі, азот және сутекті қамтиды. Бұл активті газдар GMAW (газды металл арқылы доғамен дәнекерлеу) процесінде темір металдармен қолданылады. Бұл газдардың көпшілігі көп мөлшерде дәнекерлеуге зиян келтіруі мүмкін, бірақ шағын, бақыланатын мөлшерде қолданғанда дәнекерлеудің қасиеттерін жақсарта алады.

Қасиеттері

Қалқа газдарының маңызды қасиеттері – олардың жылу өткізгіштігі мен жылу беру қасиеттері, ауаға қатысты тығыздығы және ионданудың оңайлығы. Ауадан ауыр газдар (мысалы, аргон) дәнекерлеуді жауып, ауадан жеңіл газдарға (мысалы, гелийге) қарағанда төменгі ағым қажет етеді. Жылу беру арканың айналасындағы дәнекерлеуді қыздыру үшін маңызды. Иондану мүмкіндігі доғаның қаншалықты оңай басталатынына және қаншалықты жоғары кернеу қажет екеніне әсер етеді. Қалқа газдарды таза немесе екі немесе үш газдың қоспасы ретінде пайдалануға болады. Лазерлік дәнекерлеуде қалқан газ қосымша рөл атқарады, ол дәнекерлеу үстінде плазма бұлтының пайда болуына жол бермейді және лазерлік энергияның маңызды бөлігін сіңіреді. Бұл CO2 лазерлері үшін маңызды; Nd:YAG лазерлері мұндай плазманы қалыптастыруға аз бейім. Гелий жоғары иондану әлеуетінің арқасында осы рөлді жақсы атқарады; газ ионданудан бұрын көп мөлшерде энергия сіңіре алады. Аргон – ең көп таралған қалқан газ, ол көбірек мамандандырылған газ қоспаларының негізі ретінде кеңінен қолданылады. Көмірқышқыл газы – ең арзан қалқан газ, терең енуді қамтамасыз етеді, бірақ ол доғаның тұрақтылығына теріс әсер етеді және балқытылған металдың тамшыларды (шашырау) құруға бейімділігін арттырады. Еріген металдың беткі кернеуін азайту үшін 1-2% концентрациядағы көмірқышқыл газы аргонмен араластырылып қолданылады. ГМҚҚ үшін тағы бір кең тараған қоспа – 25% көмірқышқыл газы және 75% аргон. Гелий ауадан жеңіл, сондықтан ағыны үлкен болуы керек. Бұл инерттік газ, ол балқыған металдармен әрекеттеспейді. Оның жылу өткізгіштігі жоғары. Оны иондау оңай емес, доғаны іске қосу үшін жоғары кернеу қажет. Жоғары иондану әлеуетінің арқасында ол жоғары кернеуде қызғылт доғаны шығарады, кең терең дәнекерлеуді қамтамасыз етеді; бұл алюминий, магний және мыс қорытпалары үшін артықшылық болып табылады. Көбінесе басқа газдар қосылады. Гелий қоспасына 5–10% аргон және 2–5% көмірқышқыл газы қосылған ("три-аралас") қоспалар тот баспайтын болатты дәнекерлеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Алюминий және басқа темір емес металдар үшін, әсіресе қалың дәнекерлеу үшін қолданылады. Аргонмен салыстырғанда, гелий энергияға бай, бірақ тұрақтылығы төмен доғаны қамтамасыз етеді. Гелий мен көмірқышқыл газы 2-дүниежүзілік соғыстың басынан бері қолданылған алғашқы қалқан газдар болды. Гелий көмірқышқыл газы лазерлерін лазерлік дәнекерлеуде қалқан газ ретінде қолданылады. Гелий аргоннан қымбат және жоғары ағындылықты қажет етеді, сондықтан оның артықшылықтарына қарамастан, ол үлкен көлемді өндіріс үшін тиімді таңдау болмауы мүмкін. Таза гелийді болат үшін қолданбайды, өйткені ол ақаулық доғаны тудырады және шашырауды ынталандырады. Оттегі басқа газдарға аз мөлшерде қосылады; әдетте аргонға 2–5% қосылу ретінде. Ол доғаның тұрақтылығын арттырады және құйылған металдың беткі кернеуін азайтады, қатты металдың ылғалдылығын арттырады. Ол жұмсақ көміртекті болаттарды, аз қорытпалы және тот баспайтын болаттарды спреймен дәнекерлеуде қолданылады. Оның болуы шлактың мөлшерін арттырады. Аргон-оттегі (Ar-O2) қоспалары көбінесе аргон-көмірқышқыл газы қоспаларымен алмастырылады. Аргон-көмірқышқыл газы-оттегі қоспалары да қолданылады. Оттегі дәнекерлеудің тотығуын тудырады, сондықтан ол алюминий, магний, мыс және кейбір экзотикалық металдарды дәнекерлеуге жарамсыз. Көбейген оттегі қалқан газын электродының тотығуына әкеледі, егер электродада жеткілікті дезоксидаторлар болмаса, ол шұңқырлылыққа әкелуі мүмкін. Артық оттегі, әсіресе оны тағайындалмаған жағдайда қолданғанда, жылу әсер ететін аймақта сынықтылыққа әкелуі мүмкін. Аргон-оттегі қоспалары 1–2% оттегімен аустенитті тот баспайтын болат үшін қолданылады, онда аргон-CO2 қоспасындағы көміртегінің төмен болуы қажет; дәнекерлеуде қатал оксидтік қабат пайда болады және оны тазалау қажет болуы мүмкін. Сутек никельді және кейбір тот баспайтын болаттарды, әсіресе қалың бөлшектерді дәнекерлеуде қолданылады. Ол балқытылған металдың сұйықтығын жақсартады және беттің тазалығын арттырады. Ол аргонға 10%-дан аз мөлшерде қосылады. Көмірқышқыл газының тотықтырғыш әсеріне қарсы тұру үшін оны көмірқышқыл газының қоспаларына қосуға болады. Оның қосылуы доғаны тарылтады және доғаның температурасын арттырады, бұл жақсы дәнекерлеуге әкеледі. Жоғары концентрацияда (25% дейін сутегі) мыс сияқты өткізгіш материалдарды дәнекерлеу үшін қолданылуы мүмкін. Дегенмен, оны болат, алюминий немесе магнийде қолданбау керек, өйткені ол шұңқырлылық пен сутек эмбриттелмелігін тудыруы мүмкін; оның қолданылуы көбінесе кейбір тот баспайтын болаттармен ғана шектеледі. Азот оксидінің қосылуы озонның пайда болуын азайтуға қызмет етеді. Ол алюминийді және жоғары қорытпалы тот баспайтын болатты дәнекерлегенде доғаны тұрақтандыруға да көмектеседі. Басқа газдар арнайы қолданулар үшін, таза немесе қоспалар ретінде қолданылуы мүмкін; мысалы, күкірт гексафториді немесе дихлордифторметан. Күкірт гексафториді алюминийді дәнекерлеу үшін қалқан газға қосылуы мүмкін, дәнекерлеу аймағындағы сутекті байланыстырып, дәнекерлеудегі шұңқырлылықты азайтуға болады. Дихлордифторметан аргонмен алюминий-литий қорытпаларын балқыту үшін қорғау атмосферасы ретінде қолданылуы мүмкін. Ол алюминий дәнекерлеуіндегі сутектің мөлшерін азайтады, соның салдарынан шұңқырлылықтың пайда болуын болдырмайды. Дегенмен, бұл газ аз қолданылады, өйткені оның озонды жоятын әсері зор.

Қолданбалар

Қалқа газдарының қолданылуы негізінен газдың құнымен, жабдықтың құнымен және дәнекерлеу орналысымен шектеледі. Аргон сияқты кейбір қалқа газдардың құны жоғары болғандықтан, олардың қолданылуы шектеулі. Газды жеткізуге арналған жабдықтар да қосымша шығынға түседі, нәтижесінде, металл электродты қолдану сияқты, арзан жабдық талап ететін процестер кейбір жағдайларда артықшылыққа ие болуы мүмкін. Сонымен қатар, атмосфералық қозғалыстар қалқа газдың дәнекерлеу аймағында таралуына себеп болғандықтан, қалқа газды қажет ететін дәнекерлеу процестері көбінесе үй ішінде жүргізіледі, онда орта тұрақты және атмосфералық газдардың дәнекерлеу аймағына енуі тиімді түрде болдырмайды. Газ ағынының қажетті деңгейі негізінен дәнекерлеу геометриясына, жылдамдығына, тогына, газ түріне және қолданылатын металл тасымалдау режиміне байланысты. Жазық беттерді дәнекерлеу үшін, ойықты материалдарды дәнекерлеуге қарағанда жоғары газ ағыны қажет, себебі газ тез таралады. Дәнекерлеу жылдамдығы жоғары болған жағдайда, әдетте, жеткілікті жабуды қамтамасыз ету үшін көбірек газ беру қажет. Сонымен қатар, жоғары ток көбірек газ ағынын талап етеді, және әдетте, аргонға қарағанда жеткілікті жабу үшін көбірек гелий қажет. Ең маңыздысы, GMAW-тің төрт негізгі түрінің әртүрлі қалқа газ ағыны талаптары бар. Кішкентай дәнекерлеу шоғырлары бар қысқа тұйықталу және импульстік шашырату режимдері үшін шамамен 10 л/мин (20 фут³/сағ) көлемдегі газ ағыны жеткілікті, ал тамшы тәрізді тасымалдау үшін 15 л/мин (30 фут³/сағ) көлемдегі газ ағыны артықшылыққа ие. Шашырату тасымалдау түрі әдетте оның жоғары жылу енгізілуі және осылайша үлкен дәнекерлеу шоғыры болғандықтан, 20–25 л/мин (40–50 фут³/сағ) көлемдегі газ ағынын қажет етеді.