Гелий (He) является вторым самым легким элементарным газом после водорода. Бесцветный, непахучий, безвкусный, нетоксичный и химически инертный, гелий негорюч и обладает высокой теплопроводностью. Он используется для того, чтобы создать экран инертного газа и предотвратить оксидацию во время сварки металлов в сплавах алюминия, нержавеющей стали, меди и магния. Гелий применяется вместе с аргоном или несколькими процентами CO2 или O2 для электродуговой сварки (GMA) нержавеющей стали. В чистом виде или в смеси с аргоном он используется в качестве защитного газа для сварки вольфрамовым электродом (GTA) и сварки в защитной газовой среде (MIG). Сварочные смеси с гелием обычно предпочтительнее чистого аргона для соединения участков основного металла, которые имеют высокую теплопроводность. Гелий может быть использован для снижения уровня образования озона при сварке алюминия. Также гелий имеет несколько уникальных характеристик, которые делают его выгодным для сварки: высокие показатели ионизации, теплопроводности и инертности. Все это в совокупности обеспечивает более высокие показатели сварки и качественные сварные швы. В свою очередь это приводит к повышению производительности и снижению затрат на сварку.
Начиная с 1960-х годов в Америке инженеры исследовали влияние гелия при сварке MIG. В ходе изучения они разработали трёхкомпонентную гелиевую смесь , содержащую 90% He — 7.5% Аr — 2.5% СО2. Низкое содержание углекислого газа для того, чтобы уменьшить абсорбцию углерода и повысить коррозионную устойчивость, особенно в многопроходных сварках. Добавка аргона и углекислого газа обеспечивают хорошую стабильность дуги и глубину плавления. Гелий обеспечивает высокую теплопроводность для преодоления «вязкого» характера сварочной ванны из нержавеющей стали. Такой состав давал значительные преимущества и повышал текучесть сварного шва в основном на толстостенных нержавеющих деталях и при высокопроизводительных процессах сварки. Другая смесь (66% Ar — 26,5% He-7,5% CO2) была разработана для импульсной дуговой сварки как углеродистых, так и низколегированных сталей. Ее можно использовать на всех толщинах в любом положении. И она обладает хорошими механическими свойствами по управлению площадью сварки. Эта более высокоскоростная смесь в сравнении с двухкомпонентной.
Cмеси трех газов обычно используются для специальных применений, наиболее популярны и доступны двухкомпонентные. Смеси аргона и гелия используются в основном для цветных металлов, таких как алюминий и медь, для увеличения тепловыделения. Как правило, гелий используется в соотношениях от 25 до 75 процентов с остатком аргона. В общем, чем толще основной металл, тем выше должен быть процент гелия. Регулируя процентный состав газов, мы можем влиять на распределение тепла к сварному шву, тем самым определяя форму поперечного сечения металла шва, которая также является важным параметром в некоторых применениях. Испытания показали, что при использовании чистого аргона относительно узкое поперечное сечение шва имеет более пористую структуру. При добавлении гелия в аргон площадь проникновения расширяется и помогает снизить уровень пористости в готовом сварном шве. По мере увеличения процента гелия напряжение дуги, разбрызгивание и отношение ширины шва к глубине увеличиваются, в то время как пористость в алюминии минимизируется. При это аргон должен составлять не менее 20% при смешивании с гелием.
При 50% гелия смесь подходит для высокоскоростной механизированной сварки цветных материалов толщиной, не превышающей 17 мм. 75 % гелия к аргону — эта смесь для механизированной сварки алюминия толщиной более 10 мм в нижнем положении. Эти смеси широко используются для сварки TIG, MIG, поскольку гелий обеспечивает более широкую и глубокую сварку.
Самое распространенное соотношение — 25-30% гелия к аргону создает смесь, которая используется для сварки цветных металлов, где требуется увеличение тепловложения и внешний вид сварного шва имеет первостепенное значение. Добавление гелия к аргону увеличивает подачу энергии в сварочную ванну, делая ее более текучей. Это, в свою очередь, повышает профиль проплавления и характеристики сварки плавлением. Обе эти функции помогают снизить вероятность возникновения дефектов и необходимость их доработки.
Преимущества смеси аргона и гелия:
— снижение уровня пористости, приводящего к более высокому качеству готового изделия, уменьшению количества доработок;
— минимизация брака по различным параметрам: повышение механических свойств и внешнего вида шва;
— снижение производственных затрат и расходных материалов;
— улучшенное сваривание для более сильных механических свойств;
— увеличение скорости сварки, что снижает затраты на рабочую силу.
Добавление гелия обычно увеличивает текучесть сварочной ванны, от формы и размеров которой зависят форма и размеры сварных швов. Последние во многом определяют эксплуатационные характеристики получаемых соединений. Сварное соединение, выполненное с использованием смеси гелия и аргона, обычно не требует послесварочной чистки, что также сокращает время работы с изделием. При использовании смесей с гелием появляется больше возможностей влиять на этот процесс, улучшая как сам процесс сварки, так и готовое изделие.
Сварочные смеси с гелием за рубежом используют уже более 70 лет. Все основные ключевые газовые компании имеют свои такие смеси, как отдельный продукт под определенным торговым названием (например, смесь helistar от компании Praxair, varigon – Linde и т.д.). В России эти смеси используют редко из-за дороговизны гелия, поэтому и купить готовую смесь с необходимым процентным соотношением не всегда просто. Гелий дороже других защитных газов и требует более высокого расхода, чем аргон. Перед использованием гелия необходимо убедиться, что любая выгода компенсирует дополнительные затраты. Но современный рынок предлагает еще один вариант – это смесители газов, которые позволяют изготавливать готовую смесь самим. Так у бренда IBEDA есть смесители с точными фиксированными настройками, откалиброванными на заводе, которые гарантируют на выходе точное процентное соотношение смеси. «Эти смеси актуально использовать для сварки алюминия с большой толщиной металла. В Европе чаще всего используют соотношение Ar 70% / He 30%, иногда 50/50, и очень редко 30/70»,- прокомментировал Андреас Берг, руководитель отдела продаж компании IBEDA.
Выбор смеси обычно основан на специфическом применении и показателях, которые необходимо достичь. Во многих случаях можно увеличить скорость сварки и улучшить качество швов, используя смеси гелия и аргона. Поэтому, повышенная стоимость смесей с гелием возмещается более низкими производственными затратами, минимизацией брака и повышением производительности.
Качественные смеси газов с добавлением гелия вы можете производить сами благодаря надежным немецким смесителям — выбрать здесь
Получить консультацию по тел.: 8 (800)301 40 91 или отправляйте запрос на sale@gas-solutions.ru
Печатную версию статьи ищите в журнале GasWorld. Гелий. Криотехнологии (сентябрь/октябрь 2019), с. 28-29