Gazele de protecţie utilizate la sudarea MIG/MAG sunt livrate la presiune ridicată în butelii de oţel fabricate în acest scop. Se folosesc gaze pure: CO2, Ar, He sau amestecuri de gaze realizate pe baza acestora. Acestea, trebuie să asigure o bună protecţie a băii de sudare, să reducă fenomenul de stropire, să asigure amorsarea uşoară şi stabilitatea arcului electric de sudare, să nu fie explozive, să nu producă zgură, să asigure un bun transfer termic, să evite arderea carbonului şi a elementelor de aliere, să prezinte o solubilitate redusă în baia de sudare, să aibă efect de intoxicare redus. Gazele reactive (CO2; O2; H2; N2) interacţionează chimic cu baia de sudură şi influenţează caracteristicile mecanice ale metalului depus, respectiv deţin un rol activ în transferul termic prin arcul electric. Gazele inerte (Ar, He) se folosesc la sudarea materialelor reactive Al, Cu, Ti, Mg şi a oţelurilor înalt aliate, rolul principal al acestora este de a asigura protecţia băii de sudare şi a zonelor supraîncălzite din vecinătatea cusăturii sudate.

Dioxidul de carbon (Co2)

Pentru sudare trebuie să fie de puritate ridicată (>99,5%) şi să fie cât mai uscate, umiditatea trebuie să fie inferioară valorii de H2O<0,04%. Se transportă şi se depozitează şi în stare lichefiată, la o presiune de 60 bar, în butelii de oţel de 40 l capacitate. Buteliile ce conţin CO2 sunt vopsite în culoarea verde sau neagră. Este cel mai ieftin gaz protector, mai greu ca şi aerul, este activ din punct de vedere metalurgic, în arcul electric disociază şi prezintă un efect de stropire pronunţat. Pe suprafaţa cusăturii se formează un strat subţire de zgură, poate apărea porozitate în metalul depus, iar aspectul cusăturii este rugos cu solzi. Se utilizează la sudarea cu arc scurt a oţelurilor carbon având C<0,5%. Dioxidul de carbon este inactiv la temperatura ambiantă, dar la temperaturi ridicate cum sunt cele din coloana arcului, moleculele de CO2 disociază eliberând CO, C şi oxigen atomic care pătrund parţial în baia de sudură şi participă la o serie de reacţii chimice. În cursul procesului de disociere şi ionizare a atomilor de gaz, gazul absoarbe o cantitate de energie din arcul electric, pe care o eliberează la nivelul băii de sudare, ca urmare a procesului de recombinare chimică. În acest fel, participă la mecanismul de transfer termic prin arcul electric, influenţează agitaţia băii de sudare, vâscozitatea acesteia, reacţiile metalurgice şi procesul de degazare a băii de sudare. Aceste procese sunt determinante pentru a asigura o pătrundere adecvată a cusăturii în metalul de bază, aspectul cusăturii şi indicatorii de productivitate a procesului de sudare.

Oxigenul (O2)

Oxigenul poate fi prezent în cantităţi mici (1-5 % vol.) în amestecuri de gaze, alături de argon şi asigură o bună stabilitate a arcului electric, o formă excelentă a profilului pătrunderii, precum şi un aspect neted al suprafeţei cusăturii sudate. Prezenţa oxigenului în gazul de protecţie impune alegerea unui electrod cu conţinut ridicat de dezoxidanţi pentru a compensa efectul de oxidare al oxigenului. Este de remarcat efectul de oxidare mai pronunţat la sudarea în atmosferă de CO2 decât la sudarea în amestecuri de argon şi oxigen.

Hidrogenul (H2)

Hidrogenul se adaugă în cantităţi mici (1-5 % vol.) alături de argon, amestecul de gaz fiind folosit cu precădere, la sudarea oţelurilor inoxidabile şi aliajelor de nichel. Coeficientul ridicat al conductivităţii termice asigură o baie de sudură fluidă cu o bună capacitate de umectare şi permite atingerea unor viteze mari de sudare. Deasemenea, hidrogenul are un puternic caracter reducător şi participă la reacţiile de dezoxidare a băii de sudură, însă măreşte riscul de fisurare la rece.

Azotul (N2)

Azotul se foloseşte aproape exclusiv ca şi gaz de formare, pentru protecţia rădăcinii sudurii la materialele care necesită acest lucru (ex. oţelurile inoxidabile – asigurarea rezistenţei la coroziune), sau poate fi utilizat în acelaşi scop dar în amestec cu cantităţi reduse de hidrogen (5-20 % vol.). Dacă azotul pătrunde în baia de sudură se formează nitruri care micşorează substanţial plasticitatea materialului depus, iar hidrogenul generează porozitate, ceea ce limitează domeniul de utilizare a acestor gaze, precum şi proporţiile volumice în care participă la atmosfera de formare. Argonul (Ar) este un gaz inert, mai greu ca şi aerul, care protejează bine baia de sudare, este uşor ionizabil, asigură un transport bun al căldurii, o amorsare uşoară şi stabilitate ridicată a arcului electric. Argonul se obţine prin procedeul Linde, prin distilare fracţionată din aerul filtrat, comprimat şi lichefiat, obţinându-se totodată oxigen şi azot.

Argonul (Ar)

Argonul captat este comprimat şi depozitat pentru transport în butelii de oţel cu capacitatea de 5-60 l, la o presiune de 150-200 bar. Butelia este vopsită în culoarea gri sau argintie. Argonul trebuie să fie de mare puritate (>99,998%), fiind utilizat mai mult la sudarea MIG a metalelor şi aliajelor neferoase, precum : Al, AlMn, AlMg, Cu, CuZn, CuSn, CuAl, Ti, TiAl, TiAlV etc. În cazul sudării oţelurilor înalt aliate Cr-Ni, inoxidabile sau refractare, arcul este mai puţin stabil, iar baia de sudură rezultă mai vâscoasă. Argonul are o conductivitate termică de cca. 10% din cea a hidrogenului şi heliului, însă o energie de ionizare mult mai redusă în comparaţie cu acestea. Amorsarea arcului electric devine mult mai uşoară în atmosfere bogate în argon, adâncimea de pătrundere a cusăturii în metalul de bază este ridicată, însă doar pe o lăţime mică (finger print, lb. eng.), aşa cum este ilustrat în figura 4.35.

Datorită acestor proprietăţi argonul este cel mai utilizat gaz inert de sudare şi asigură o creştere a vitezei de transfer a particulelor topite de metal prin arcul electric. Se utilizează la sudarea nichelului, cuprului, aluminiului, magneziului şi a aliajelor acestora. În amestec cu alte gaze inerte este componentul principal, datorită potenţialului de ionizare mai redus al acestuia.

Heliul (He)

Heliul se utilizează în aplicaţii care necesită o cantitate mare de căldură transferată metalului de bază, datorită conductivităţii termice excelente a acestuia. Coloana arcului este mai lată, îmbunătăţeşte capacitatea de umectare a băii de sudare şi permite creşterea vitezei de sudare. Materialele metalice cu conductivitate termică ridicată, precum Al sau Cu, disipă foarte rapid căldura absorbită de la arcul electric şi necesită un transfer termic cu eficienţă ridicată, ceea ce recomandă utilizarea heliului ca şi gaz de protecţie. Heliul mai este utilizat la sudarea laser cu CO2 în special dacă se doreşte obţinerea unei plasme induse termic, care determină o pătrundere mare a cusăturii în metalul de bază. Amestecuri bogate în heliu (90% He + 7.5% Ar + 2.5% CO2) sunt utilizate la sudarea oţelurilor inoxidabile, în special unde sunt necesare viteze mari de sudare. În concentraţii mai reduse, heliul se utilizează în amestec cu Ar şi CO2 în aplicaţii care necesită o pătrundere mai ridicată, sau viteze mai ridicate la sudare. Datorită densităţii foarte mici a heliului, sunt necesare debite mai mari de gaz pentru a asigura protecţia băii de sudură şi pentru a obţine efectele dorite.

Amestecuri de gaze de tip Ar-CO2, Ar-O2, Ar-He etc. sunt folosite tot mai frecvent, deoarece fenomenul de stropire este mai redus, permit viteze de sudare ridicate, cusătura are calitate mai bună, porozitatea este redusă, suprafaţa cusăturii rezultă mai netedă, stabilitatea arcului va fi mai mare, se formează zgură în cantităţi mici. Amestecurile de argon şi dioxidul de carbon se depozitează ca şi argonul pur, însă butelia este vopsită în culoarea roz. Cele mai folosite amestecuri de gaze sunt prezentate în tabelul 4.10. Sub influenţa căldurii radiate de arcul electric, gazele se
comportă în mod diferit. Intensitatea curentului din arcul electric are o influenţă determinantă asupra mecanismului de transfer de material prin arc. Forma coloanei arcului electric, precum şi cantitatea de căldură transferată metalului de bază au un efect profund asupra proprietăţilor metalului depus, respectiv asupra tensiunilor termice şi deformaţiilor produse în metalul de bază. Proprietăţile esenţiale ale gazelor de protecţie sunt prezentate în figura 4.36, figura 4.37 şi în tabelul 4.11. Pentru viteze de sudare mari, trebuie utilizate atmosfere de protecţie cu un coeficient ridicat al conductivităţii termice, însă trebuie avut în vedere şi reactivitatea chimică a materialelor sudate. Alegerea unui regim de sudare trebuie corelat cu proprietăţile atmosferei de protecţie, dar şi cu caracteristicile metalului de bază, grosimea materialelor sudate, respectiv cu tipul de transfer de material dorit prin arcul electric.

Selecţia gazului sau amestecurilor de gaze utilizate pentru protecţia sudării reprezintă un element
cheie din tehnologia de sudare şi influenţează direct calitatea îmbinării sudate. Criteriile principale
care stau la baza selecţiei atmosferei de protecţie sunt:

• compoziţia chimică a electrodului;
• tipul metalului de bază;
• calitatea suprafeţei rostului de sudare şi a metalului de bază (suprafeţe oxidate,
  neregulate ca urmare a tăierii termice etc.);
• grosimea metalului de bază şi tipul rostului;
• valorile propuse a fi obţinute pentru proprietăţile mecanice ale metalului depus: Rm,KCU, A – plasticitatea materialului trebuie să fie cât mai ridicată.
• Ruperea îmbinării sudate să fie însoţită de deformaţii plastice mari, prin mecanismul de rupere ductilă;
• tipul mecanismului de transfer de material;
• viteza de sudare;
• poziţia de sudare;
• stabilitatea arcului electric;
• adâncimea şi profilul de pătrundere a cusăturii în metalul de bază;
• capacitatea de umectare a cusăturii, eliminarea crestăturilor marginale;
• aspectul suprafeţei cusăturii: neted, convex, concav;
• costurile de sudare.

Pentru ca să conducă curentul electric gazul trebuie ionizat şi în acest scop absoarbe o cantitate importantă de energie termică din arcul electric. Cantitatea de energie necesară pentru a ioniza gazul este specifică fiecărui gaz în parte şi este denumită energia de ionizare (prima treaptă de ionizare, tabelul 4.11). Cu cât energia de ionizare este mai mică, gazul respectiv conduce la o amorsare mai uşoară a arcului electric, tensiunea necesară pentru a menţine stabil arcul fiind mai mică.

Gazele moleculare (H2, O2, CO2 şi N2) disociază datorită căldurii absorbite de la arcul electric şi la contactul cu suprafaţa băii de sudare, se recombină eliberând o cantitate importantă de energie termică. Prin acest mecanism, îmbunătăţeşte transferul de căldură de la arcul electric către metalul de bază. Conductivitatea termică a gazelor de protecţie, figura 4.37, controlează transferul termic spre metalul de bază şi influenţează proprietăţile băii de sudură, în special capacitatea de degazare şi fluiditatea acesteia, dar şi forma coloanei arcului electric cu influenţă directă asupra profilului pătrunderii cusăturii sudate în metalul de bază.

La sudarea oţelurilor carbon, concentraţia azotului în baia de sudare este mai dificil de controlat şi conduce la fragilizarea metalului depus, motiv pentru care baia de sudare este protejată cu o coloană de gaz faţă de atmosfera înconjurătoare, care conţine 78% azot. În coloana arcului electric, dioxidul de carbon din atmosfera de protecţie se descompune în monoxid de carbon şi oxigen, iar oxigenul rezultat se combină cu fierul din baia de sudare formând oxidul de fier FeO. În condiţiile unei sârme de sudare nealiate, carbonul care există în baia de sudură se va combina cu oxigenul disponibil în baia de sudură, în detrimentul combinării cu Fe, astfel că are loc o reducere a oxidului FeO cu carbon, generându-se CO în baie, care conduce la porozitate în metalul depus.