Пористый шов и брызги при сварке полуавтоматом: причины и диагностика

Почему возникают поры

Пора в шве — это пузырь газа, застрявший в металле. Газы растворены в ванне, и пока шов жидкий, они выходят наружу. Если шов затвердевает раньше, чем газ успевает выйти, пузырь остаётся внутри. Участники профильных обсуждений называют типичные причины: плохая зачистка кромок и проволоки, ржавчина, масло, много углерода в основном металле и слишком высокая скорость сварки. В руководстве Miller на первое место ставят недостаточное покрытие ванны защитным газом, а затем грязный основной металл, слишком большой вылет проволоки (не более 12–13 мм от сопла), чрезмерный угол горелки и влажные или повреждённые баллоны (Miller).

Брызги связаны с теми же причинами плюс режим. Они растут при нехватке газа, грязной и ржавой проволоке, слишком высоком напряжении или скорости, слишком длинном вылете, изношенном или неподходящем наконечнике. У самозащитной порошковой проволоки при слишком низком напряжении брызг тоже больше.

Причины по убыванию частоты

Про ржавчину и оцинковку практики пишут одно и то же: когда шарики скачут по оцинкованному или ржавому листу, помогает зачистка болгаркой до блеска.

Газ

Пустой баллон выдаёт себя не сразу. На углекислоте манометр на баллоне показывает давление насыщенного пара и почти не падает, пока в баллоне есть жидкая фаза, а затем быстро падает. Поэтому остаток определяют взвешиванием, а не по стрелке.

Расход проверяют ротаметром. Один из практиков сформулировал так: расход зависит от давления и от сопротивления шлангов и горелки, а про второе все забывают. Справочник по настройкам MIG для помещения называет 20–30 CFH (9–14 л/мин) для стали. Слишком малый поток не закрывает ванну, слишком большой создаёт турбулентность и подмешивает воздух: шов бывает пористым и при полном баллоне, и при слишком открытом вентиле. Сквозняк требует поднять поток или поставить щит: практики на сквозняке выставляют 15–18 л/мин вместо 10–12 л/мин.

Утечку шлангов проверяют мыльной водой на фитингах и у горелки, соленоид слушают: клапан должен открываться при нажатии на курок. Сопло и диффузор чистят от брызг, а размер сопла выбирают такой, чтобы газ накрывал ванну.

Проволока

Влага и ржавчина на проволоке дают брызги и поры, это один из самых частых источников у тех, кто хранит катушку на открытом воздухе. Проволоку держат в упаковке до начала работы, ржавую или омеднённую с отслоившимся слоем катушку заменяют. Алюминиевая проволока окисляется быстрее: Miller советует открывать новую катушку непосредственно перед сваркой, а окисленную выбрасывать, иначе дуга нестабильна, а подача рвётся.

Поверхность

Ржавчина, окалина, краска и масло дают газ в ванне. Оцинкованные кромки варят после зачистки на ширину зоны шва; цинковый дым вызывает «металлическую лихорадку» с жаром, ознобом и тошнотой, поэтому нужна вытяжка или респиратор (Metal fume fever). Варить оцинковку, не счистив цинк, не советуют: дым вредит, а шов всё равно выходит пористым.

Старт шва

Первые 1–2 см часто пористые: газ ещё не вытеснил воздух из зоны, на кончике проволоки застыл шарик, а напряжение на старте низкое. Практики советуют откусывать шарик с проволоки перед стартом, чуть поднимать напряжение на начале и, если аппарат умеет, включать предпродув газа.

Диагностика по шагам

CO2 или смесь Ar/CO2

Чистая углекислота дешевле и даёт глубокое проплавление, но поддерживает окисление, шов получается с брызгами и жёсткой дугой (Gas metal arc welding). Смеси на основе аргона с 15–25 % CO2, по справочным данным, дают более стабильную дугу и меньше брызг; в продаже распространена смесь 82 % Ar и 18 % CO2 под названием К-18, она относится к группе M21 по ISO 14175 (пример паспорта смеси). Для нержавейки практики советуют смеси от 98/2 до 80/20. На углекислоте напряжение берут на 1–2 В выше, чем на смеси 75/25.

Углекислота для сварки нормируется ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая»:

Чем больше влаги в газе, тем выше риск пор, поэтому на ответственных швах берут высший и первый сорта. Влага попадает в газ не только на заводе: добавляют её и сырые шланги, и открытый вентиль.

Порошковая проволока без газа

Самозащитная порошковая проволока даёт газ из собственного сердечника, и её применяют на улице и на сквозняке. Её варят на прямой полярности: минус на горелке, плюс на массе. Шлак отбивают, при слишком низком напряжении брызги растут, горелку ведут «на себя», как рекомендует Miller. Сырая проволока и грязные кромки и здесь дают дефекты, поэтому катушку держат в упаковке (Flux-cored arc welding, Miller).

Почему выхлоп и топочный газ защитными не бывают

Идея заменить баллон выхлопом котла или двигателя возникает у тех, кто хочет сэкономить на газе. В выхлопе после сжигания газа есть CO2 и водяной пар, но по оценке участников обсуждения там и около 78 % азота воздуха, остаточный кислород, возможны окислы азота и серы и угарный газ. Азот в ванне даёт хрупкие нитриды, влага и водород дают поры и трещины.Сравните допустимые примеси по ГОСТ 8050-85 с составом топочного газа: качественного шва с таким газом не получить, а угарный газ ещё и ядовит. Дешевле и безопаснее заправлять обычный баллон.

Алюминий на полуавтомате: коротко

Алюминий на обычном полуавтомате варят хуже стали. Проволока мягкая, и когда её толкают по шлангу в 3–4 метра, она сминается, образует «птичье гнездо» на роликах и обрывается. Решения: горелка spool gun с маленькой катушкой прямо в рукоятке (проволоку не нужно проталкивать по шлангу), горелка push-pull, тефлоновый вкладыш и четырёхроликовая подача. Защитный газ чистый аргон: на смеси с CO2 много плёнки и грязи. Присадка 4043 или 5356: 4043 даёт светлый шов и хорошо растекается, 5356 прочнее и жёстче, поэтому лучше подаётся по шлангу и на полуавтомате используется чаще, а 4043 мягче, зато меньше склонна к трещинам на литье. По справочнику Miller проволока 0,8 мм работает на 100–150 А при подаче 500–600 дюймов в минуту (12,7–15 м/мин), а проволока 0,9 мм на 85–190 А при 480–740 дюймов в минуту (12–19 м/мин). Практики, которые варят алюминий проволокой 1,2 мм, называют 170–260 А и импульсный режим. Miller советует брать аппарат на питание 230 В: 115-вольтовым не хватает мощности на теплопроводность и оксид, и сплавление получается плохим (Miller). Полярность прежняя: плюс на проволоке. Про TIG-вариант есть отдельная статья: сварка алюминия TIG.