Какие способы сварки металлов существуют

Какие способы сварки металлов существуют

Самый проверенный и надёжный способ соединения стальных заготовок в быту и на производстве – их сплавление с использованием специального сварочного оборудования. К этой же категории работ относится и сварка листового металла под воздействием предельно допустимых для данного материала температур.

Сплавление и сдавливание

Большинство сварочных работ предполагают использование электрической дуги. Она разогревает контактную зону до состояния плавления, происходящего на ограниченной площади. Сам процесс сваривания металла под термическим воздействием называется электродуговым.

Однако сплавление стали и других материалов со схожей структурой не ограничивается одной лишь электродуговой сваркой. Существуют другие виды сварочных работ, которые различаться по целому ряду технических и методических признаков.

Способы сварки металлических заготовок в самом общем виде подразумевают либо их обычное сплавление, либо получение специфического соединения, реализуемого под воздействием повышенного давления.

К первой их этих методик может быть отнесена и пайка металла, при которой расплавлению подлежит лишь присадочный материал, а сами соединяемые заготовки остаются в целостности.

При соединении металлов или других материалов по второму из указанных способов (без использования эффекта оплавления) для объединения заготовок применяется фактор высокого давления. Все остальные признаки указанного процесса (температура в зоне стыка и другие параметры) учитываются лишь как второстепенные.

Энергия воздействия

По типу энергии воздействия, благодаря которой образуется требуемое сварное соединение, все виды сварки металлов делятся на следующие категории:

  • термическая обработка, предполагающая оплавление места стыка с выделением большого количества тепловой энергии;
  • термомеханическая сварка, осуществляемая за счёт внешнего давления с использованием элементов нагрева электросваркой;
  • и, наконец, чисто механическая (обработка под давлением).

Согласно первой методике свариваемые заготовки подлежат расплавлению, после чего они образуют так называемую «сварочную ванну».

По завершении работ (после затвердевания) на месте ванны остаётся сварной шов, металл в котором имеет литую структуру. К разновидностям термических сварочных работ по металлу следует отнести газовую, электрошлаковую, дуговую, лазерную, плазменную, термитную (химическую) и подобные им виды сварки.

При газовом способе сваривания металлов и сплавов рабочая смесь подаётся на специальную горелку от двух баллонов, содержащих горючий состав и кислород. При этом качество пламени горелки регулируется соответствующими вентилями подачи обеих составляющих. Помимо этого к месту сварки подаётся особый присадочный материал, обеспечивающий получение качественного шва.

В случае химической или термитной обработки металлов рабочая зона формируется под воздействием теплоты, выделяемой при сгорании компонентов специальной порошковой смеси (термита). Отметим также, что на практике наиболее распространены термитные составы на основе обычного алюминия.

Термомеханической обработка места стыка включает в себя диффузионную, контактную, а также газопрессовую сварочные методики. Принцип так называемой «сварки под давлением» интуитивно понятен, хотя технологии сварочных работ по металлу могут отличаться.

Защита в зоне сваривания

Известные разновидности сварочных процедур могут классифицироваться и по способу защиты металла в зоне сварки. Согласно этому признаку все они подразделяются на следующие виды:

  • обработка в воздушной среде;
  • сварка в вакууме;
  • сплавление в среде защитных газов (аргона или углекислого газа);
  • сочленение под слоем флюса.

Кроме того, по временным показателям течения процесса сварка железа и металлов бывает непрерывной или прерывистой, а по уровню автоматизации она может быть ручной, механизированной или же автоматической (полуавтоматической).

Оборудование и особенности его применения

Оборудование для проведения сварочных работ по металлу выбирается с учётом стоящей перед исполнителем задачи, а также условий проведения соответствующих операций. При этом возможные подходы к степени механизации варьируются от ручной сварки до полностью автоматизированного процесса.

В качестве промежуточных вариантов могут рассматриваться сварка полуавтоматом или же с помощью электронного инвертора. Рассмотрим каждый из указанных способов реализации поставленных задач и соответствующее ему оборудование более подробно.

MMA-сварка

Обычное ручное дуговое сплавление (по международной классификации – MMA) является самым старым видом сварки, осуществляемым с использованием штучных покрытых стержневых электродов.

Такой подход к выполнению сварочных операций наиболее эффективен при обработке нержавеющих и насыщенных углеродом сталей, а также чёрных металлов. Довольно часто этот вариант используется при проведении ремонтных и обслуживающих работ, предполагающих сваривание сплавов железа, например.

Преимущества и недостатки

К преимуществам MMA-сварки следует отнести высокую мобильность используемого оборудования (обычного трансформатора), что объясняется возможностью выбора требуемой длины электрических кабелей.

Благодаря этому обстоятельству аппарат для сварки может свободно перемещаться по всей строительной площадке. А большой ассортимент используемых при этом покрытых электродов позволяет работать практически со всеми видами заготовок из чёрного металла (включая листовое железо).

К недостаткам этого способа, прежде всего, следует отнести сложность образования сварных швов, что чаще всего доступно лишь профессиональным сварщикам. Сюда же следует добавить обилие отходов и относительно низкий КПД производимых работ.

Особенности

При реализации этого метода через свариваемые заготовки и электроды для сварки пропускается переменный или постоянный электрический ток невысокого напряжения.

Выбор вида тока при этом варианте сплавления зависит от марки свариваемых сплавов.

Переменный ток обычно используется при работе с высокоуглеродистыми и чёрными сталями, а постоянный больше подходит для сварки нержавейки.

Образующаяся при этом дуга расплавляет специальное покрытие электродного стержня, остатки которого оседают в виде капель в сварочную ванну. В ней эти капли перемешиваются с частицами расплавленного металла заготовок, а получившийся при этом шлак всплывает на поверхность.

После того, как сварочный ток отключен – формирующий сварочную ванну металл постепенно кристаллизуется, в результате чего на месте стыка получается шов. На поверхности этого шва затвердевший шлак образует корку из отходов сварки, которая впоследствии отбивается специальным молотком.

Сварка полуавтоматом

Отличительная черта данного способа сваривания – присутствие в рабочей зоне подвижного электрода в виде плавящейся проволоки и подача в неё защитного (инертного) газа.

Защита дуги посредством специально подаваемого в зону сварки газа препятствует взаимодействию расплавляемого металла с окружающим воздухом. Необходимость в этом объясняется тем, что указанное взаимодействие приводит к образованию на поверхности шва слоя из оксидов и нитритов, заметно снижающих его качество.

Со схемой организации сварки аргоном можно ознакомиться на фото. В процессе сваривания подвижная проволока по направляющим роликам с постоянной скоростью подаётся в газовое сопло, где она расплавляется под действием высокотемпературной электрической дуги.

При этом способе сварочных работ организации подачи присадки обеспечивается постоянство её размера. Полуавтоматическим этот метод называется потому, что скорость и направление ведения электрода, как правило, выбираются вручную.

Сварить заготовки в режиме полуавтомата можно и без применения специальной газовой защиты. В этом случае используется так называемая «порошковая» проволока, включающая в свой состав ряд компонентов, образующих при сгорании требуемую защитную среду.

Особенности применения инверторов

Инверторный метод сваривания заготовок из металла предполагает использование специального оборудования, посредством которого устанавливается требуемый режим рабочей дуги.

При сварке металла инвертором оператор частично освобождается от ряда ручных манипуляций и получает большую свободу действий. В этом случае важно правильно выбрать рабочий ток, зависящий от таких факторов, как диаметр используемого электрода, тип образуемого соединения и угол, под которым ведётся сварка.

К особенностям работы с таким оборудованием следует отнести важность выбора нужной полярности подключения сварочного аппарата к электродному стержню и самой детали. От этого фактора зависит, что будет сильнее прогреваться в процессе сварки – сама заготовка или электрод. Соответственно этому выбирается толщина металла, который предполагается обрабатывать в каждом конкретном случае.

Так, прямая полярность (минус подключён к электроду) позволяет обрабатывать заготовки металла толщиной от трёх миллиметров и более. Обратным током (плюс на электроде) пользуются при сварке тонкого металла с целью снижения рисков его прожога.

Полярность подключения при сварке инвертором обычно указывается на упаковке с электродами, рассчитанными на работу с этим оборудованием.

Автоматы для сварки

И, наконец, так называемый «сварочный автомат» обеспечивает получение устойчивой дуги, формируемой под слоем специального порошка (флюса).

Сущность этого процесса заключается в автоматическом её поддержании в специально созданной среде, называемой сварочной ванной.

С учётом специфики автоматического процесса дуга сгорает внутри расплавленной зоны, в которой давление металла достигает 9 грамм на сантиметр квадратный. За счёт этого, сплавляемый материал надёжно удерживается в пределах ванны и практически не разбрызгивается.

Указанным способом можно организовать сварку металла в домашних условиях (при необходимости обработки заготовок небольшой толщины). Подобно инверторному способу в этом случае важно правильно выбрать режим сваривания деталей, определяемый значениями заданных токовых параметров.

В заключение коснёмся вопроса сваривания железобетонных несущих и ограждающих конструкций, которое проводится в соответствии с положениями СНИП 3.03.01-87.

Согласно этому документу при его организации особое внимание уделяется подготовительным работам, а также контролю всех этапов сварочных операций, позволяющему подготовить любую конструкцию к госприёмке.

Основные виды сварки металлов

Что такое сварка

Сваркой называют соединение металлов путем их плавления. Этот процесс широко применяется во многих отраслях машиностроения и строительства. Его физическая сущность заключается в создании связей между атомами и молекулами двух поверхностей, соединяемых между собой. Чтобы они имели высокую прочность нужно соблюдать следующие условия:

  • очистка заготовок от грязи;
  • энергетическая активация атомов;
  • размещение свариваемых деталей на таком расстоянии, равным с межатомным расстоянием.

Сварной шов

Благодаря развитию технологий сварку можно осуществлять не только в условиях промышленных предприятий, но и в монтажных и полевых и даже в космосе. Для обработки используют различные источники энергии, поэтому данный процесс требует предельного внимания и соблюдения норм работы.

Разновидности сварки

На сегодняшний день существует не менее 10 видов, которые применяются в деле. Наибольшую популярность получили виды сварки, с помощью которых скрепляют не только металлы, но и стекло керамику и пластик. В настоящее время выделяют сварки, отличающихся между собой типом энергии, используемым для выполнения работ.

Термическая сварка

При термической сварке происходит соединение деталей на молекулярном уровне, с применением металла расплавленного от воздействия источника энергии. Прочный монолитный шов образовывается за счет жидкого металла, который заполняет промежуток между деталями.

Преимуществами такой технологии является следующее:

  • прочность соединения;
  • небольшой расход металла;
  • низкая себестоимость;

Существуют и недостатки такого метода:

  • термическую обработку можно осуществлять только на тугоплавких металлах;
  • наличие оксидной пленки на поверхности изделия существенно ухудшает качество соединения.

Электродуговая контактная сварка

Этот универсальный вид сварки является самым распространенным способом и применяется как в производстве, так и в бытовых условиях. При выполнении электросварки не требуется использование дорогостоящего оборудования, к тому же проводить ее могут даже новички.

Схема электродуговой ручной сварки плавящимся электродом.

Принцип работы такого метода подразумевает расплавление прилегающих друг к другу областей свариваемых деталей при помощи тепла, поступающего от электрической дуги. Дуга расплавляет электрод и основной металл, образуя сварочную ванну. При остывании сварочного шва происходит затвердевание жидкого металла, благодаря чему происходит прочное соединение изделий.

ММА – ручная дуговая сварка

Данный вид обработки осуществляется исключительно одним электродом с использованием дуги, горящей между сварочной ванной и металлическим стержнем, на который нанесено покрытие. В результате замыкания электрической цепи вырабатывается тепловая энергия и передается на элементы, вследствие чего металл начинает плавиться. Когда подача электричества прекращается, получается сварное соединение.

ММА — наиболее простой способ соединения, для выполнения которого достаточно иметь сварочный аппарат и подходящие электроды. Они выпускаются определенного типа и имеют ограниченную длину, поэтому необходимо постоянно прерывать процесс сварки для смены данного элемента. Как и любой вид соединения металлов, технология ММА имеет свои плюсы и минусы.

  • возможность соединения практически всех видов металлов;
  • стоимость оборудования позволяет приобрести аппарат для применения в быту;
  • сварочные работы можно проводить в условиях ограниченного пространства;
  • атмосферные условия не являются преградой к применению оборудования (за исключением осадков).
  • низкая продуктивность;
  • покрытие быстро испаряется;
  • сложный технологический процесс: нередко происходит залипание электрода.
Читайте также  Из чего состоит сварочный аппарат?

На фоне преимуществ, минусы незначительные и не являются основанием для отказа от использования ручной сварки. Это универсальное оборудование доступно по стоимости, а также неприхотлив в эксплуатации.

Аргоновая сварка TIG

Тиг сварка — способ соединения металлов с использованием вольфрамового электрода с защитным газом. Стержень в процессе не плавится, чтобы получить ровный шов сварщику необходимо затачивать его перед применением. Среди других методов сваривания технология Тиг позволяет получать высокое качество шва.

TIG сварка

Для осуществления аргоновой сварки вольфрамовый электрод нужно закрепить в горелке. По краям горелки расположены отверстия, через которые производится подача защитного газа — аргона. Проникая в сварочную ванну аргон защищает ее от воздействия других атмосферных газов. Благодаря этому происходит качественное соединение металлов без оксидной пленки.

Работа на таком оборудовании не требует особых умений, чтобы освоить навык создания красивых швов достаточно поработать 2-3 раза. На качество шва могут повлиять ветер и другие неблагоприятные атмосферные условия, поэтому при использовании оборудования на открытом воздухе, следует закрывать место соединения.

MAG –сварка полуавтоматом

Этот вид соединения подразумевает использование активного газа и металлической проволоки. Во время сваривания между электродом и металлом загорается дуга, в результате чего изделие полностью расплавляется и образовывается сварочная ванна. От воздействия кислорода ее защищает газообразное вещество. По истечение определенного времени, появляется сварной шов за счет кристаллизации элементов, находящихся в сварочной ванне.

В отличие от других технологий сваривания MAG имеет следующие особенности:

  1. Полностью автоматизированный процесс сваривания.
  2. Смена сварочных проволок занимает минимум времени.
  3. Сварка возможна в любом пространственном положении.

Данный метод применяется для соединения разных металлов, поэтому популярен во многих отраслях промышленности. Технология нашла широкое применение при производстве морских судов и автомобилей.

Сварка под флюсом

Под СПФ понимается соединение металлов при помощи электрической дуги, где конец электрода и литой сварной шов скрыты под слоем из гранулированного плавкого флюса. Такая функция защищает от окисления, повышает прочность и формирует соединение с высокой степенью однородности.

Во время сварки создается ультрафиолетовое излучение и образование брызг и искр. На рисунке 2 указано как СПФ исключает такие факторы, т.к. в процессе расплавленный металл покрыт толстым слоем флюса. Существует 3 основных способа:

  1. Ручной. Для ручного метода используют небольшое оборудование с неплавящимся электродом. Сила тока сварки и подача флюса регулируется сварщиком в ручном режиме.
  2. На полуавтоматическом сварочном аппарате практически все функции регулируются автоматически, вручную осуществляется лишь ведение дуги с помощью рукоятки или дистанционного управления.
  3. Автоматический способ предполагает участие рабочих только в качестве контроллеров, все остальные функции выполняются управляющим процессором.

Газопламенная

Данный вид подразумевает применение пламени открытой горелки для плавления и соединения двух металлов. Для нагрева используют смеси газов из кислорода и ацетилена, также возможны другие варианты. При соприкосновении с пламенем происходит структурное изменение металла и образование жидкой сварочной ванны. Для защиты металла от атмосферного воздействия используются флюсы. По мере снижения воздействия пламени происходит снижение температуры и возникает процесс кристаллизации, что способствует к образованию сварного шва.

Электрошлаковая

ЭШС — один из способов сварки, при котором тепло образуется в среде расплавленного шлака. Металл нагревается в массе, пропуская электрический ток, который генерирует тепло в шлаке. При ЭШС не требуется использование дуги, вертикальная сварка позволяет проварить толстый слой сплава за один проход.

Данный метод применяется для соединения толстостенных элементов из различных стальных сплавов от чугуна до высоколегированных.

Плазменная

В основе плазменной сварки лежит принцип использования узконаправленной струи плазмы для расплавления сплавов. Такой вид технологии подходит для соединения изделий из разных материалов: нержавеющей стали, цветных металлов. При плазменной сварке применяется аргонодуговая технология, в отличие от электрической, она имеет вид сжатой плазменной струи и обладает мощной энергией.

В основу плазмы входят нейтральные молекулы и атомы, а также электроны и ионы. Во время сваривания образовывается очень высокая температура до 300 тыс. °C и давление на поверхность свариваемых металлов, а дуга приобретает цилиндрическую форму, сохраняя показатели мощности по всей длине. Данный метод подходит для применения в труднодоступных местах, т.к. незначительное изменение расстояния между деталью и электродом не влияет на качество шва.

Термомеханический класс сварки

К термомеханическому классу относятся соединения, получаемые на использовании совместного действия тепла и давления, вводимых в зону сварки извне. При термомеханической сварке происходит расплавление конца электрода и того участка детали, который подлежит соединению. Прочный сварочный шов получается после остывания металла.

Классификация способов сварки

В современном мире существует множество способов сварки, каждый из которых находит свое применение. Виды и классификация видов сварки проводится по разным критериям и разделены на 2 основные группы:

  1. Сварка плавлением.
  2. Сварка давлением.

Для расплавления соединяемых частей используется источник тепла с очень высокой температурой, после чего они сливаются в общую сварочную ванну. При удалении источника тепла сварочная ванна охлаждается и затвердевает, прочно соединяя 2 детали.

Во второй группе доминирующую роль играет давление, прилагаемое к месту сварки, нагрев металла играет второстепенную роль, в некоторых случаях соединение может быть осуществлено без использования нагрева.

Сварка давлением, в свою очередь делится на 2 подгруппы:

  1. Холодная, в зоне соединения металл не нагревается, данный процесс подразумевает сварку при комнатной температуре.
  2. Сварка давлением без оплавления. В этом случае металл подогревается до определенной температуры, при котором снижается его механическая прочность и упругие свойства. Подогрев элементов значительно облегчает процесс сварки, иногда является практически необходимым. Данный метод не требует использования высоких температур, поэтому для нагрева можно использовать разные источники тепла.

Методы и технологии сварки

Помимо вышеуказанных традиционных способов бывают другие методы, позволяющие соединить уникальные металлы. Они обладают выраженными свойствами, из-за которых привычные способы не подходят для их соединения.

Одним из таких методов является лазерная сварка, которая выполняется при помощи полуавтоматического или автоматического оборудования. Данный способ подразумевает подачу тепла строго в одну точку для соединения очень мелких деталей.

ВНИМАНИЕ: Чтобы сварить несколько деталей сразу, рекомендуется использовать призму, с помощью которой можно расщепить лазер и направить в разные стороны.

Краткая характеристика сварки

Независимо от вида сварки и классификации способов, сваркой называется технология создания прочных соединений, путем нагрева, оказания давления, деформирования или комбинирования всех методов. Сущность данного процесса заключается в воздействии внешнего источника энергии для установления межатомных связей между деталями. В процессе остывания происходит кристаллизация и образуется сварочный шов. Варианты соединений подбираются, учитывая материал, площадь и химические свойства свариваемых изделий.

Принцип сварки

Принцип сварки металлов определяется по технологическим признакам установлен для каждого вида отдельно, так как специфика их работы отличаются. Для получения прочного сварного соединения необходимо сблизить поверхности двух металлов под большим давлением, чтобы впоследствии появилось электронное облако, взаимодействующее с ионизированными атомами обоих металлических поверхностей.

Нагрев в месте соединения приводит к амплитуде колебания атомов относительно постоянных точек, что в свою очередь создает более легкое получение связи между изделиями. Сила давления зависит от показателей температуры нагрева.

Основные способы сварки металлов

Сварка металлов или других материалов ‒ способ, при котором получается неразъемное соединение за счет того, что образуется атомная связь.

Сварка металлов может производиться разными способами, соответственно имеющих разные технологии.

Сваривание металла проходит в две стадии:

  1. Сначала надо сблизить соединяемые листы или другие детали до того расстояния, на котором начинают действовать межатомные силы. Обеспечить это при комнатной температуре, даже приложив значительные усилия, не получится: на это есть много причин, в том числе высокая твердость металлов, наличие на их поверхности окислов, жиров и других загрязнений. Для того чтобы достичь необходимого контакта, технология сварки металлов предусматривает либо расплавление деталей, либо их пластическую деформацию, которая достигается с помощью большого давления.
  2. На втором этапе детали взаимодействуют на уровне атомов. В результате этого при соединении металлов появляются надежные атомные связи, а при соединении полупроводников, диэлектриков образуются прочные ковалентные или ионные связи.

Сваривание деталей может быть выполнено следующими способами: плавлением, давлением или при помощи термохимической реакции.

При соединении плавлением тепло получают от сварочной дуги, пламени, полученного в результате горения газа или от лучевых источников энергии. Часть деталей расплавляется, они соединяются в сварочной ванне, а после остывания кристаллизуются и образуют сплошной шов.

При соединении давлением к деталям применяют сильное давление, они начинают течь, в результате чего убираются все загрязнения и происходит их надежное соединение.

Применение термохимического метода предусматривает использование как давления, так и тепла. Для придания металлам необходимой пластичности их сначала подогревают, а потом применяют давление, в результате чего происходит их соединение.

Основные способы сваривания деталей

Электродуговая сварка

Ручная дуговая сварка.

Является наиболее распространенным способом, ее можно выполнить своими руками. В данном случае дуга возникает между электродами, одним из них является деталь, которая соединяется.

Сначала подносят электрод и делают короткое замыкание. Это необходимо, чтобы разогреть катод. Потом электрод отводят на 3-5 мм, при этом загорается стабильная электрическая дуга.

Сварка листового металла или других заготовок выполняется покрытым электродом, это покрытие обеспечивает газовую и шлаковую защиту расплавленного металла и легирует шов.

Работа выполняется путем совершения поперечных колебательных движений, амплитуда которых будет зависеть от необходимой ширины шва. При помощи электродов может быть проведена и резка металла, а также сварка металлических дверей.

Автоматическая сварка под флюсом

При использовании данного способа применяют электрод и флюс, толщина которого обычно составляет 5-6 см. Горение дуги получается не в атмосфере, а под расплавленным флюсом, в созданном газом пузыре. Это позволяет не разбрызгиваться металлу, шов не изменяет форму даже при использовании большого тока, когда выполняется сварка металла большой толщины.

Этот способ позволяет использовать ток до 1200 А, что в 6-8 раз больше, чем ток при сварке открытой дугой. Для работы используется открытая проволока, шов приблизительно на 60 % состоит из расплавленных деталей и только на 30% – из сварочной проволоки.

Оборудование подает проволоку, перед которой сыпется флюс и равномерно распределяется по поверхности деталей. Сварка полуавтоматом от ручной механизированной сварки отличается тем, что проволока в зону сваривания подается автоматически, все остальные работы сварщик делает самостоятельно.

Этот способ обеспечивает стабильное качество шва, более высокую производительность, поэтому с его помощью часто выполняется сварка высокоуглеродистых сталей.

Электрошлаковая сварка

Схема электрошлаковой сварки.

В этом случае детали покрывают шлаком, температура которого больше, чем температура плавления изделия и проволоки. Это позволяет хорошо прогревать металл большой толщины, шов получается качественным, поэтому сварка толстого металла выполняется за один проход.

  • так как оборудование размещено вертикально, то легкие примеси и газ хорошо удаляются из зоны сваривания;
  • шов получается высокой плотности;
  • шов не трескается;
  • высокая производительность при работе с материалами большой толщины, она в 20 раз больше, чем при использовании автоматической сваркой, так часто выполняется сварка двутавровых балок;
  • можно делать шов сложной формы;
  • позволяет быстро и качественно выполнять работы по созданию мостов, кораблей и других конструкций, где выполняется сварка балок.

Электронно-лучевая и плазменная, диффузионная и контактная сварка

Процесс электронно-лучевой сварки происходит за счет того, что тепло дает пучок электронов, которые и вызывают разогрев материала. Работа выполняется в вакууме, в этом случае можно создать очень маленький пучок электронов, что позволяет выполнять работу с микродеталями, а также может проводиться художественная сварка.

Читайте также  Как подключить сварочный аппарат на 380?

Плазменная сварка заключается в том, что тепло дает плазма, которая может нагреваться до очень высоких температур, 20-30 тысяч градусов. Могут применяться плазмотроны прямого и косвенного действия. Первые используют для соединения металлов, а вторые – для полупроводников и диэлектриков.

Применение диффузионной сварки предусматривает то, что процесс диффузии атомов выполняется в вакууме, перед этим материалы сильно нагревают. Так как нет воздуха, то не образуется оксидная пленка, а чтобы обеспечить надежный контакт деталей, предварительно проводится их качественная металлообработка.

Для того чтобы увеличить площадь контакта, к деталям прилагают усилие сжатия порядка 10-20 МПа. Таким образом соединяют плохо совместимые материалы, этим методом эффективно проводится сварка нихрома.

Применение контактного способа сваривания предусматривает использование электрического тока, который пропускают через детали и таким образом сильно нагревают их стык, после этого их сдавливают, вследствие чего начинают работать межатомные связи. Это один из видов сваривания деталей под давлением. Данный метод высокопроизводительный, его легко механизировать и автоматизировать.

Холодное сваривание деталей и индукционный способ

Соединять детали можно при комнатной или даже отрицательной температуре, происходит это за счет их пластического деформирования. Вследствие прикладывания большого усилия происходит разрыв оксидной пленки, получается чистый металл, который взаимодействует на уровне межатомных сил.

Для того чтобы таким образом соединить две детали, их надо хорошо зачистить от жировой и оксидной пленки, этот способ позволяет выполнять стыковые, шовные или точечные соединения.

Чаще всего его применяют, когда надо сваривать продольные швы труб, а также для наплавления резцов, долот и других инструментов.

Через детали пропускают ток, после чего выполняют их сдавливание, этот способ бесконтактный, токи концентрируются на поверхности заготовок.

Как сваривают разные металлы и сплавы?

Не все металлы и сплавы одинаково хорошо образуют соединения. После соединения двух деталей появляются сварочные напряжения, которые надо обязательно снижать.

Чтобы во время сварки углеродистых сталей электродуговым методом не образовывались трещины и не закалялась область около шва, надо делать следующее:

  • предварительно нагревать соединяемые детали до 100-300 градусов;
  • вместо однослойной выполнять многослойную сварку;
  • выполнять работу на постоянном токе обратной полярности при помощи электродов с покрытием;
  • после проведения сваривания изделий надо их отпускать до 300 градусов.

При сваривании высокохромистых сталей, во время их остывания около 1000 градусов могут образовываться зерна карбида хрома, что снижает антикоррозионные качества материала. Чтобы этого не происходило, надо:

  • работать на пониженном токе, чтобы детали быстрее остывали;
  • в сталь ввести карбидообразователи;
  • после соединения необходимо провести отжиг деталей при температуре 900 градусов.

При работе с чугуном детали надо нагревать до 400-600 градусов. Используют чугунные электроды, хорошие результаты дает применение диффузионного метода.

Для сваривания меди лучше применять газовую сварку, можно использовать дуговую с применением угольных или металлических электродов.

Чтобы качественно соединить алюминиевые детали, необходимо использовать флюс, который не даст образовываться оксидной пленке. Хорошие результаты дает применение диффузионного метода.

Такого понятия, как сварка металлопластиковых труб, во время выполнения их монтажа не существует, так как для их соединения используются специальные фитинги. Это понятие может применяться только во время их изготовления. Сварка или пайка может быть выполнена только пластиковых труб.

Что такое сварка и какие виды бывают

В промышленности, строительстве и при ремонте используются различные способы стыковки деталей конструкций. Наибольшее распространение получили разнообразные виды сварки, которыми скрепляют не только однотипные и разнородные металлы, но также стекло, пластик, керамику. Популярность технологии объясняется высокой прочностью и надежностью соединений.

Определение процесса сварки

Независимо от вида, сваркой называют технологию создания неразъемных соединений путем нагрева, деформирования или комбинированием обоих методов. Сущность сварки заключается в том, что под действием внешнего источника энергии (тепла, давления) между соединяемыми материалами образуются прочные связи на межатомном уровне. После кристаллизации в процессе остывания на стыке образуется сварочный шов. В зависимости от вида материала и условий проведения работы, это локальный или общий нагрев и деформирование стыкуемых поверхностей.

Классификация видов сварки

В зависимости от критериев, классификацию способов сварки выполняют по виду защиты расплавленного металла от кислорода воздуха, способу управления процессом, материалу и т. д. Также учитываются технологические особенности проведения сварочных работ. По способу воздействия на детали выделены три основных вида сварки:

  1. Механическую проводят внешним давлением, под действием которого поверхности деформируются, что приводит к плотному соединению.
  2. Термическую выполняют с применением дополнительных материалов, которые расплавляются теплом от источника энергии. Жидкий металл заполняет промежуток между заготовками, после остывания образуется прочное соединение.
  3. При термомеханических (комбинированных) видах сварки детали подвергаются совместному воздействию тепла и давления. Для повышения пластичности детали предварительно нагревают, затем сжимают.

Термический класс сварки

Эти способы сварки выполняются с образованием сварочной ванны из расплавленного металла деталей и электрода или присадочного материала.

Дуговая

Тепло для локального плавления металла заготовок выделяется при горении электрической дуги между электродом и заготовками. Для зажигания кратковременно касаются электродом поверхности, затем отводят на расстояние 2 — 5 мм. Чем короче дуга, тем выше ее температура.

Для соединения деталей используют следующие методы сварки:

  • ручную, когда все манипуляции с электродом выполняет сварщик;
  • полуавтоматическую с подачей электродной проволоки механизмом, установленным в аппарате;
  • автоматическую, когда процесс выполняется по заданному алгоритму без вмешательства человека.

Дуговой вид выполняется плавящимися и неплавящимися угольными или вольфрамовыми электродами с введением присадочной проволоки в рабочую зону. Для защиты расплавленного металла от соприкосновения с воздухом механизированные способы проводят под флюсом или в среде инертного газа.

Газовая

В отличие от дугового вида при газовой сварке нагрев и охлаждение материала происходит более медленно. Поэтому этим методом проще сваривать тонкостенную сталь, цветные металлы, проводить наплавку. Независимость от электроэнергии позволяет работать в полевых условиях.

Стык нагревается факелом горелки, который образуется при сгорании в чистом кислороде ацетилена, пропана, водорода, паров бензина или керосина. Шов формируется за счет плавления присадочного материала. Для сварочных работ чаще используют ацетилен, температура пламени которого доходит до 3100⁰C. Похожая по принципу работы плазменная сварка выполняется струей ионизированного газа с температурой больше 10000⁰C.

Лучевая

Технология основана на плавлении материала деталей световым лучом лазера или потоком электронов, создаваемого электронной пушкой. Оба метода применяются преимущественно в радиоэлектронной отрасли для соединения и крепления микроэлементов. Чтобы луч не рассеивался, электронно-лучевая сварка проводится в вакуумной камере.

Лазерная сварка позволяет накладывать швы с высокой точностью. При этом, практически не нагреваются прилегающие поверхности, что исключает деформирование даже очень тонкого материала. Для работы в труднодоступных местах изменяют направление луча призмами. Процесс рекомендуется проводить в среде инертного газа.

Термитная

Для сварки этого вида используют порошкообразную смесь (термит), состоящую из алюминия, магния, окислов железа. При сгорании образуется тепло, которое расплавляет кромки заготовок. Расплавленный термит смешивается с металлом деталей, после кристаллизации образуется соединение.

Для запуска процесса термит дистанционно поджигают пиропатроном, электрическим разрядом, бикфордовым шнуром. Температура горения смеси достигает 2700⁰C, которой достаточно для сварки металлов распространенных видов. Термитным способом ремонтируют крупногабаритное оборудование, рельсы, сращивают провода на линиях электропередачи.

Электрошлаковая

Эта разновидность термической сварки применяется для соединения стали толщиной от 5 см до 3 м. Заготовки устанавливают вертикально, зазор между ними с обеих сторон закрывают подвижными ползунами из меди с водяным охлаждением. Снизу на поддон насыпают слой флюса, под которым зажигают дугу.

После расплавления флюса образовавшийся шлак становится электропроводным. Дуга гаснет, но проходящего через шлак тока хватает для плавления новых порций флюса, электрода и кромок. По мере остывания расплава в сварочной ванне ползуны постепенно передвигаются выше. Этим способом соединяют заготовки за один проход независимо от их толщины без образования трещин.

Термомеханический класс сварки

Комбинированными видами соединяют небольшие детали, если другими способами невозможно создать качественный шов. К термомеханическому классу относят следующие виды сварки:

  • кузнечную;
  • контактную;
  • диффузионную.

Кузнечная

Этим способом соединяли железные заготовки задолго до изобретения современных классов сварки. Заготовки нагревают в горне, кладут одна на другую, скрепляют ударами молота. Механизированный подвид, когда заготовки сдавливаются прессом, называют прессовой сваркой.

Качество соединения зависит от опытности мастера. Перечень металлов, которые можно сваривать этим методом, ограничен видами с хорошей пластичностью. Из-за малой производительности и низкой надежности соединения кузнечный вид сварки применяется редко.

Контактная

Металл нагревают током, проходящим через место соприкосновения заготовок, затем сжимают или осаживают. Этот вид легко автоматизируется, поэтому широко используется на предприятиях машиностроительной отрасли в составе роботизированных комплексов.

В зависимости от решаемых задач контактный вид сварки выполняют как:

  1. Точечную, зажимая детали между электродами. После подачи тока в месте сдавливания образуется точечное соединение.
  2. Стыковую с нагревом всей площади соприкосновения.
  3. Рельефную с предварительным нанесением выступов (рельефов) на соединяемые плоскости. После подачи тока рельефы деформируются, поверхность выравнивается.
  4. Шовную, когда детали соединяют внахлест роликовыми электродами.

Диффузионная

Технология основана на взаимном проникновении (диффузии) атомов материалов, если их плотно прижать один к другому. При нагреве скорость обмена частицами увеличивается. Сварку проводят в вакуумной камере или среде инертного газа. Детали сжимают с усилием не меньше 20 МПа, поверхностные слои нагревают электротоком до температуры близкой к точке плавления. Для надежного сцепления заготовки оставляют в этом положении на некоторое время, не отключая ток.

Механический класс сварки

Эти виды сварки выполняют за счет энергии трения, взрыва, давления, ультразвука. При их воздействии выделяется тепло, достаточное для плавления материала.

Трением

Технология входит в список перспективных разработок. Одну из соединяемых заготовок крепят неподвижно, другая, прижатая к ней, вращается. Подробная классификация сварки трением включает следующие подвиды:

  1. С перемешиванием выполняется на оборудовании, оснащенном инструментом вращения с двумя элементами ― основанием (бурт) и наконечником (пин). Соединение создается методом выдавливания с последующим перемешиванием.
  2. Радиальной стыкуют трубы, помещая вращающееся кольцо между торцами.
  3. Штифтовой заделывают небольшие сквозные повреждения. На месте дырки просверливают круглое отверстие, в которое вставляют вращающийся штифт из такого же металла что и основной.
  4. Линейная выполняется без вращения. Заготовки трут одна о другую пока не начнут плавиться стыкуемые поверхности, затем повышают усилие сдавливания.
  5. При инерционном виде сварки заготовки двигают за счет энергии предварительно раскрученного маховика.

Холодная

В основу технологии заложен принцип сжатия деталей пуансонами с усилием 1 — 3 ГПа. Точечную сварку проводят стержнями, шовную роликами. Пуансон вдавливают в заготовку до образования пластической деформации, что способствует появлению межатомных связей и созданию соединения между деталями. Сварку выполняют простым сжатием или со сдвигом деталей после сдавливания. Прочность соединения зависит от качества подготовки места стыка, степени сжатия, характера воздействия (вибрационное либо статичное).

При соединении встык величину деформации ограничивают размером выступающих из зажимов частей заготовок. Чтобы предотвратить коробление листов при соединении внахлест, их закрепляют прижимами. После пластической деформации металл становится тверже, поэтому прочность шва выше, чем у заготовок.

Холодный вид соединения применяют для работы с алюминием, медью, цинком, серебром и другими металлами с низкой температурой плавления.

Взрывом

Для сварки этим способом над стационарной заготовкой под углом 3 — 10⁰ или параллельно с зазором 2 — 10 мм устанавливают подвижную (метаемую) деталь. На верхнюю пластину помещают равномерный слой взрывчатки с детонатором. Чтобы предотвратить боковой разлет металла, площадь подвижной заготовки делают больше чем у нижней.

Читайте также  Русские инверторы сварочные

После подрыва подвижная деталь под действием ударной волны с большой скоростью ударяется о нижнюю пластину. В месте соприкосновения образуется давление, значительно превышающее прочность металлов, при котором материал начинает течь как жидкость. В результате поверхности одновременно деформируются, создавая соединение. Длительность процесса не превышает миллионных долей секунды, поэтому диффузия происходит только в поверхностных слоях.

Несмотря на то, что до сих пор не разработана детальная методика этого вида, сварка взрывом получила широкое применение в промышленности для стыковки разнородных материалов. Таким способом получают биметаллические соединения, детали и заготовки больших размеров, наносят плакирующие слои толщиной до 45 мм.

Ультразвуковая

Такой вид сварки проводится преобразователем ультразвуковых волн в механические колебания в сочетании с небольшим давлением. При воздействии на поверхность сначала за счет сухого трения разрушается оксидная пленка, затем плавится материал. Поэтому нет необходимости в тщательной подготовке стыка. Для повышения прочности шва детали предварительно подогревают.

Помимо металлов, в том числе тугоплавких, этим видом соединяют пластик, кожу, ткани. Также доступно сваривание стекла и керамики с металлом, фольги толщиной 0,001 мм. При необходимости детали можно сваривать с металлической или пластмассовой прослойкой между ними.

В сварочном деле постоянно что-то меняется, улучшается, дорабатывается. Поэтому для повышения мастерства полезно знакомиться с новинками и тестировать на практике. Какие-то из них пригодятся профессиональным сварщикам, другие для домашних работ.

Как варить металл и современные методы сваривания

Как варить металл и что же такое сварка? Это неразъемное соединение металлических деталей, которое образуется в результате их нагрева в месте стыковки до расплавленного состояния.
Расплавленный, а затем застывший материал называется сварным швом. Не все металлы поддаются свариванию. Отлично свариваются однородные материалы. Например, чугун с чугуном или медь с медью (причем, ручная дуговая сварка меди выполняется в защитном газе) . Хорошо варятся железо и хром, никель и медь. Это происходит потому, что эти металлы в жидком состоянии образуют хорошо смешивающиеся слои.

Но если вы попытаетесь сварить медь со свинцом, то из этой затеи ничего не выйдет – эти металлы не смешиваются между собой. То же самое можно сказать о железе и магнии или алюминии и висмуте. При необходимости сварки таких пар в смесь добавляют металлы, которые способны раствориться с каждым компонентом пары. Иными словами, в наше время нет секретов, как сварить металлы.

Виды сваривания металла

  • Сварка плавлением (электрическая дуговая сварка, электрошлаковая, электроконтактная, электронно-лучевая). При таком виде сварки расплавленные кромки деталей образуют общую сварочную ванну или, другими словами, общий объем расплава, из которого и образуется сварной шов. Источником нагрева места сварки металлов может быть электрическая дуга, плазма, горелка и т.д.
  • Сварка давлением (сваривание взрывом, ультразвуком, холодная сварка). Соединение металлов в этом случае происходит за счет уменьшения расстояния между атомами металлов до такой величины, когда между ними начинают работать силы взаимного притяжения.

Наиболее распространена электро дуговая сварка металлов. На ее долю приходится 65% всех сварочных работ. Расплавление материалов при этом способе происходит под воздействием сварочной дуги. Она образуется между основным металлом, предназначенным для сваривания, и присадочным материалом – проволокой.

Способы дуговой сварки:

  • полуавтоматическая. При полуавтоматической дуговой сварке механизирована подача сварочной проволоки в зону сваривания. Остальные операции (поддержание нужного размера дуги, придание шву требуемой формы, перемещение электрода по линии сварного шва и прекращение работ) выполняются человеком;
  • автоматическая. Это слово говорит само за себя. Задача человека – тщательно подготовить детали к сварке, включить и выключить оборудование;
  • ручная. Сущность ручной дуговой сварки заключается в выполнении всех операций вручную без применения каких-либо механизмов.

Виды дуговой сварки:

  • сварка плавящимся электродом. Этот метод изобретен Славяновым: кромки изделия и присадка одновременно расплавляются под действием сварочной дуги. Образующийся при этом расплав (сварочная ванна) заполняет зазор между деталями, а после кристаллизации образует сварной шов. Для защиты расплава от окисления на присадку наносится покрытие, которое под действием высокой температуры превращается в шлак. Этот слой покрывает жидкий металл. Кроме защиты от кислорода, шлак выполняет еще одну функцию: в него переходят вредные примеси, содержащиеся в сварочной ванне;
  • сварка неплавящимся электродом. Автор этого изобретения – Бернадос Н. Н. Чаще всего такой метод применяется при сварке меди, алюминия, наплавке твердых сплавов и сварке тонколистовой стали. Схема сварки неплавящемся электродом

Сварочная дуга

Сварочная дуга образуется следующим образом:

  1. К электроду и основному металлу подводится электрический ток.
  2. Сварщик прикасается присадкой к основному металлу, в результате чего возникает короткое замыкание в сварочной цепи. Поскольку электрод имеет неровную поверхность, контакт происходит в нескольких точках одновременно.
  3. В зонах контакта металла и электрода возникает ток высокой плотности. Он расплавляет присадочный материал, появляется тонкая пленка жидкого металла.
  4. При отведении присадки из жидкого расплава вытягивается шейка. В ней плотность тока, а, следовательно, и температура металла еще больше возрастают
  5. Металл испаряется, шейка рвется, в ионизированном облаке паров и газов загорается сварочная дуга.

Напряжение сварочной дуги зависит от ее длины: чем короче дуга, тем ниже напряжение. Если используется металлический электрод, то для устойчивого горения дуги требуется напряжение 18-28 В. Для угольного электрода напряжение должно быть от 30 до 35 В.

Сварочная дуга, которая горит равномерно, без обрывов и не требует повторного зажигания, называется устойчивой.

Устойчивость дуги зависит от:

  1. рода электрического тока (постоянный или переменный);
  2. состава покрытия присадочного материала;
  3. полярности. При постоянном токе полярность может быть прямой и обратной.
  • прямая полярность – минус источника тока подается на электрод;
  • обратная полярность – минус подсоединяется к изделию.

Влияние полярности тока на температуру

4. длины дуги. Это величина, равная расстоянию от торца электрода до поверхности ванны сварочной. Для стального электрода эта величина не превышает 2-4 мм (короткая дуга). Это оптимальная величина, которая обеспечивает устойчивость горения и хорошее качество сварного соединения.

Длина, равная 4-6 мм считается нормальной, а более 6 мм – длинной. Длинная дуга – плохой вариант: она неустойчива, плавление металла проходит неравномерно, капли расплава, стекающие с электрода, окисляются и насыщаются азотом. Шов получается пористым, неровным. Появляются непроваренные участки.

Как правильно варить дуговой сваркой

1. Подготовительные работы

  • правка деталей, предназначенных для сварки. Править металл можно как вручную, на правильных плитах, так и на различных листоправильных вальцах. Сильно деформированный металл иногда требует правки в горячем состоянии.
  • разметка. Лист размечают согласно чертежу (или эскизу) с помощью измерительных инструментов и шаблонов. Размечая деталь, следует иметь в виду, что в процессе сваривния детали укорачиваются. Поэтому надо на каждый поперечный стык оставлять припуск в 1 мм, а на каждый погонный метр продольного шва – 0,1-0,2 мм;
  • резка;

2. Очистка

Этой операции подвергаются основной материал и присадочный. На них не должно быть окалины, ржавчины, масел и других загрязнений: даже незначительное количество загрязнений приведет к дефектам сварного шва, снижению его прочности, а следовательно и надежности готового изделия. Особенно тщательно следует очистить кромки и прилегающих к ним зон шириной 25-30 мм;

3. Подготовка кромок

Форма кромок зависит от толщины листа. Они должны быть притуплены одинаковым радиусом, а зазор между ними должен быть одинаковым по всей длине будущего сварного шва;

5. Сборка

На эту операцию приходится до 30% общей трудоемкости. Для удобства используются различные шаблоны и инструменты, и сварочные приспособления. Сборку надо производить в той последовательности, чтобы предыдущая операция не мешала выполнению последующей.

Уроки дуговой сварки.

  • Возбуждение сварочной дуги. Зажечь дугу можно двумя способами:
  1. чиркнув электродом по основному металлу, как спичкой;
  2. прикоснувшись к изделию концом электрода.

В обоих случаях электрод надо быстро отвести в сторону на расстояние 2-4 мм.

Дуга загорелась. Чтобы постоянно поддерживать ее постоянную длину, надо по мере расплавления электрода постепенно опускать его. Длину дуги надо держать как можно короче, иначе она потеряет устойчивость со всеми вытекающими последствиями.

  • Если в процессе сварки дуга все-таки оборвалась, то ее зажигают, продвинув электрод вперед от точки обрыва, а затем возвращаются, заваривают кратер и продолжают шов.
  • Как правильно держать электрод для того чтобы качественно варить металл? Обычно электрод должен быть расположен вертикально или наклонно по отношению ко шву, углом вперед или назад. При расположении электрода углом назад получается глубоко проваренный неширокий, аккуратный шов. Такое положение предпочтительно при сварном соединении в тавр, угол или внахлест. Опытные сварщики так же выполняют и стыковые соединения.

Планируете варить алюминиевую конструкцию аргонодуговой сваркой? Как это делается, подробно описано в нашей статье.

Выбор режима ручной дуговой сварки

От правильно выбранных режимов зависит стабильность сварочного процесса и качество сварки. Различают основные и дополнительные параметры.

Основные параметры:

  • Свойства сварочного тока (величина, полярность и род);
  • Диаметр электрода;
  • Напряжение дуги;
  • Скорость сварочного процесса;
  • Величина поперечных колебаний торца электрода.

Дополнительные параметры:

  • величина вылета электрода;
  • состав и толщина покрытия электрода;
  • положение электрода в пространстве;
  • начальная температура основного материала;
  • положение изделия в процессе сварки.

Рассмотрим подробнее основные параметры

1. Выбор сварочного тока

Параметр зависит от диаметра электрода, его покрытия, пространственного положения шва. От величины тока зависит глубина провара и производительность сварки. Если сила тока будет недостаточной, то количество тепла, поступающего в ванну, будет маленьким, в результате чего появятся непровары, ухудшающие качество соединения деталей.

Дуговая электросварка слишком большим током тоже может приводить к непровару, так как быстро плавящийся электрод может попадать на еще нерасплавленный основной металл. Рекомендуемый ток указывается на электродных упаковках.
Кроме того, следует учитывать следующее:

  • при использовании тока обратной полярности глубина провара больше почти на 50%, чем при прямой полярности. Поэтому при сварке тонколистовых и легированных материалов следует применять ток обратной полярности во избежание пережогов и перегревов;
  • при сварке переменным током глубина провара будет меньше на 15-20%, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

Выбор сварочного тока и диаметра электрода

2. Выбор диаметра электрода

Диаметр электрода зависит от толщины кромок свариваемого материала и разделки кромок. Если кромки не разделаны, то диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Так, например, при толщине металла 20 мм испльзуют электроды диаметром 12 мм.

Если же кромка разделана, то независимо от марки металла корневой шов выполняется электродом в 2- 3 мм. Последующие слои накладываются диаметром 4 мм. Правда, если толщина основного металла превышает 12 мм, допускается последующие слои выполнять пятимиллиметровым электродом.

Выбор корневого электрода зависит от типа соединения. Но главный принцип выбора – чем ответственнее шов, тем меньший диаметр электрода применяется.

3.Скорость сварки должна быть оптимальной

Чем выше скорость, тем уже шов. Но при слишком высокой скорости могут быть несплавления основного металла с металлом шва.

4.Величина колебаний

Величина поперечных колебаний электрода должна находиться в пределах 2,5-3 диаметра электрода – это оптимальный вариант для получения качественного сварного шва.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: