Защитные газы делятся на две группы: химически инертные и активные. Газы первой группы с металлом, нагретым и расплавленным, не взаимодействуют и практически не растворяются в них. При использовании этих газов дуговую сварку можно выполнять плавящимся или неплавящимся электродом. Газы второй группы защищают зону сварки от воздуха, но сами либо растворяются в жидком металле, либо вступают с ним в химическое взаимодействие.
Вследствие химической активности углекислого газа по отношению к нагретому вольфраму (окисление и разрушение вольфрама) при дуговой сварке в углекислом газе используют плавящиеся электроды или неплавящиеся (угольные или графитовые).
К химически инертным газам, используемым при сварке, относятся аргон и гелий. Из химически активных газов основное значение имеет углекислый газ.
Аргон – газообразный чистый поставляется по ГОСТ 10157-73 трех сортов: высший, первый и второй. Содержание аргона соответственно равно: 99,99; 99,98; 99,95 %. Примесями служат кислород, азот и влага.
Хранится и транспортируется аргон в газообразном виде в стальных баллонах под давлением 15 МПа, т. е. в баллоне находится 6,2 м3газообразного аргона в пересчете на температуру 20 °С. Возможна также транспортировка аргона в жидком виде в специальных цистернах или сосудах Дьюара, с последующей его газификацией. Баллон для хранения аргона окрашен в серый цвет, надпись – зеленого цвета.
Аргон высшего сорта предназначен для сварки химически активных металлов (титан, цирконий, ниобий) и сплавов на их основе. Аргон первого сорта рекомендуется для сварки неплавящимся электродом сплавов алюминия, магния и других металлов, менее чувствительных к примесям кислорода и азота. Аргон второго сорта используют при сварке коррозионно-стойких сталей.
Гелий – газообразный чистый поставляют по техническим условиям. Содержание примесей в гелии высокой чистоты – не более 0,02 %, в техническом – до 0,2 %. Примеси: азот, водород, влага. Хранят и транспортируют гелий так же, как и аргон, в стальных баллонах водяной емкостью 40 л при давлении 15 МПа. Цвет баллона коричневый, надпись белого цвета. В связи с тем, что гелий в 10 раз легче аргона, расход гелия при сварке увеличивается в 1,5–3 раза.
Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050-76. Для сварки используют сварочную углекислоту сортов I и II, которые отличаются лишь содержанием паров воды (соответственно 0,178 и 0,515 Н2О в 1 м3 СО2). Применяют иногда и пищевую углекислоту, имеющую в баллоне в виде примеси свободную воду, в связи с чем требуется особенно тщательное осушение газа. Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах или цистернах большой емкости в жидком состоянии, с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы. В баллоне емкостью 40 л содержится 25 кг СО2, дающего при испарении 12,5 м3. Баллон окрашен в черный цвет, надписи – желтого цвета.
При применении углекислого газа необходимо помнить, что, вследствие большого количества свободного кислорода в газовой фазе, сварочная проволока должна содержать дополнительное количество легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего Siи Мn (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва). Наиболее широко применяется проволока Св-08Г2С. При применении защитных газов следует учитывать технологические свойства газов (например, значительно больший расход гелия, чем аргона), влияние на форму проплавления и форму шва и стоимость газов. Чтобы уменьшить повышенное разбрызгивание металла и улучшить формирование шва при сварке в углекислом газе применяется смесь углекислого газа с кислородом (2…5 %). В этом случае изменяется характер переноса металла, он переходит в мелкокапельный; потери металла на разбрызгивание уменьшаются на 30…40 %.
При сварке сталей по узкому зазору, в целях стабилизации процесса сварки и уменьшения расхода дорогого и дефицитного аргона, целесообразнее применять двойные смеси: аргон и углекислый газ и тройные смеси: аргон, углекислый газ и кислород. Для алюминиевых сплавов весьма эффективно, с точки зрения производительности, применение смеси, состоящей из 70 % Не и 30 % Аг. В этом случае значительно увеличивается толщина металла, свариваемого за один проход, и улучшается формирование шва. Газовые защитные смеси весьма перспективны, однако широкое их применение требует организации централизованного снабжения сварочного производства смесями нужного состава. Только в этом случае применение смесей может дать значительный экономический эффект.