Какие виды сварки существуют

Основные виды сварки

Сварка электротоком делится на 2 принципиальных класса: недуговая и дуговая.

Недуговую сварку чаще называют контактной. В контактной сварке электроды, подающие ток, прикладываются непосредственно к металлу, который сваривают. Сквозь метал, расположенный между поднесенными электродами, подается короткий, но очень мощный разряд тока (тысячи ампер). Сплавление при этом получается только между приложенными электродами. Если электроды расположены прямо друг против друга, то сварное соединение получается точечным. Хотя точечная сварка – не единственный вид контактной сварки, но зато самый распространенный. Поэтому понятия «точечной сварки» и «контактной сварки» часто используют в виде синонимов. Напряжение точечной сварки составляет считанные вольты. Поэтому контактная сварка применяется преимущественно для скрепления тонколистового металла. Например, в автомобилестроении.

В строительстве гораздо большее распространение получила сварка электродуговая. При электродуговой сварке между источником тока (электродом) и свариваемым металлом находится небольшой промежуток, заполняемый электрической дугой. Ошибочно предполагать, что это промежуток воздуха. Это промежуток ионизированного газа, проводящего ток. Дуговая сварка, как мы ее представляем сегодня, без газа невозможна. Просто газ может подаваться из отдельного баллона, а может образовываться в результате горения обмазки электрода.

Самыми распространенными в строительстве являются следующие технологии:

• ММА (в отечественной классификации – ручная дуговая сварка, или РДС)
• TIG (аргоно-дуговая)
• MIG-MAG (полуавтоматическая, проволокой).

Популярность данного вида сварки предопределена как раз отсутствием необходимости таскать с собой баллон с газом. Обмазка электрода – и есть «застывшее» газовое облако. Как только электрод коснется металла и полученный ток короткого замыкания расплавит металл электрода, расплавится и обмазка вокруг него. Образовавшееся облако газа обеспечит проводящую ионизированную среду для дуги и защиту расплавляемого металла от доступа кислорода.

Электроды подбираются по типу металла и диаметру. Тип металла важен, так как в процессе работы метал стержня электрода капля по капле перетекает в свариваемый метал и сплавляется с ним. Для крепкого соединения металл стержня электрода и свариваемый метал должны быть идентичны. На упаковке электродов всегда указывается, для каких металлов подходят данные электроды.

После того, как определились с типом электрода, необходимо определиться с его толщиной. Вопрос новичка: зачем нужны электроды разных диаметров? Все просто. Чем толще электрод, тем больше сила тока, которая его может расплавить. То же и с кромками свариваемого металла. Поэтому толщина электрода подбирается под толщину свариваемого металла. Для черных металлов рекомендуется:

Технология ММА позволяет работать с большинством распространенных металлов, за исключением алюминия и сплавов на его основе. Хотя теоретически и это возможно при наличии помощника, если добиться, чтобы зачищенные алюминиевые поверхности не успевали покрыться пленкой до расплавления. Но правильнее, конечно, просто использовать подходящие для этого сварочные технологии.

Потребители сварки TIG – сплошь профессионалы и продвинутые пользователи, причем почти поголовно не строительного направления. TIG обеспечивает более аккуратные швы, но сильно уступает ММА в производительности и простоте использования.

Например, многие «любители», отточив свое мастерство на аппаратах ММА, испытывают досаду от неудач при первом опыте с TIG. Оказывается, в отличие от ММА, зажечь дугу аппаратом TIG, если только он не оборудован таким устройством, как осциллятор, непросто. (А практически все аппараты «2 в 1» не оборудованы, конечно). Чиркает сварщик вольфрамовым электродом – искра есть, а дугу поднять не получается. Но вот бывалый сварщик подкладывает под электрод кусочек угля – и дуга пошла без проблем. Не случайно, что в продажах розничных магазинов специализированные аппараты TIG редко превышают долю в 1%.

Отдельного упоминания в сварке TIG заслуживают аппараты с возможностью переключения на режим переменного сварочного тока, т.н. AC/DC. Вот эти аппараты и являются основным оборудованием для сварки алюминия. Именно они преимущественно и составляют этот самый 1% TIG в розничных продажах сварочного оборудования.

MIG-MAG

Полуавтоматическая сварка проволокой применяется в основном для сварки листового металла. Поэтому традиционно ее основная сфера применения – кузовной ремонт, а также строительство конструкций из черного тонколистового металла. Использование проволоки вместо сменных электродов сильно повышает производительность. На бытовых аппаратах используются катушки емкостью 1 и 5 кг, а на профессиональных – 5 или 15 кг.

Проволока может использоваться как обычная (без обмазки), так и с обмазкой (т.н. флюсовая). В первом случае обязательно применение баллона с газом (режим GAS). Во втором баллон не требуется (NO GAS). Несмотря на то, что работать без баллона удобнее, в продажах с большим отрывом лидирует проволока без обмазки. Причина банальна: она гораздо дешевле флюсовой. Кроме того, многие профессионалы считают, что аккуратность швов в среде газа от баллона получается выше.

Несмотря на то, что данный вид сварки тоже относится к электродуговой, принцип устройства у MIG-MAG принципиально отличается от принципов MMA и TIG. В ММА и TIG важно поддерживать стабильность тока, несмотря на колебания электрода, в MIG-MAG важно поддерживать стабильность напряжения дуги. А сила сварочного тока в аппаратах MIG-MAG – показатель условный (хотя по привычке, выработанной в ММА, большинство ориентируется именно на него). Сила сварочного тока в MIG-MAG будет зависеть от выставленного напряжения, диаметра используемой проволоки, применяемого газа и скорости подачи проволоки. Так что сделать из аппарата ММА полуавтомат MIG-MAG путем приделывания блока подачи проволоки и горелки не получится.

Сварка. Основные виды сварки. Сварка различных металлов с сплавов.

1. Физические основы сварки

Сварка — это технологический процесс получения неразъёмного соединения материалов за счёт образования атомной связи. Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии.

На первой стадии необходимо сблизить поверхности свариваемых материалов на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 А). Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются при сжатии даже значительными усилиями. Соединению материалов мешает их твердость, при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно они не были обработаны. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности — окислы, жировые пленки и пр., а также слои абсорбированных примесных атомов. Ввиду указанных причин выполнить условие хорошего контакта в обычных условиях невозможно. Поэтому образование физического контакта между соединяемыми кромками по всей поверхности достигается либо за счёт расплавления материала, либо в результате пластических деформаций, возникающих в результате прикладываемого давления. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате поверхность раздела между деталями исчезает и образуется либо атомная металлическая связи (свариваются металлы), либо ковалентная или ионная связи (при сварке диэлектриков или полупроводников). Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения различают три класса сварки: сварка плавлением, сварка давлением и термомеханическая сварка (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Классификация видов сварки

К сварке плавлением относятся виды сварки, осуществляемой плавлением без приложенного давления. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и «джоулево тепло». В этом случае расплавы соединяемых металлов объединяются в общую сварочную ванну, а при охлаждении происходит кристаллизация расплава в литой сварочный шов.

При термомеханической сварке используется тепловая энергия и давление. Объединение соединяемых частей в монолитное целое осуществляется за счет приложения механических нагрузок, а подогрев заготовок обеспечивает нужную пластичность материала.

К сварке давлением относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. В результате металл деформируется и начинает течь, подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязненный слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала, которые и вступают в химическое взаимодействие.

2. Основные виды сварки

Ручная электродуговая сварка. Электрическая дуговая сварка в настоящее время является важнейшим видом сварки металлов. Источником тепла в данном случае служит электрическая дуга между двумя электродами, одним из которых является свариваемые заготовки. Электрическая дуга является мощным разрядом в газовой среде.

Процесс зажигания дуги состоит из трех стадий: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на 3-5 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание производится с целью разогрева электрода (катода) до температуры интенсивной экзо- эмиссии электронов.

На второй стадии эмитированные электродом электроны ускоряются в электрическом поле и вызывают ионизацию газового промежутка «катод-анод», что приводит к возникновению устойчивого дугового разряда. Электрическая дуга является концентрированным источником тепла с температурой до 6000 оС. Сварочные токи достигают 2-3 кА при напряжении дуги (10-50) В. Наиболее часто применяется дуговая сварка покрытым электродом. Это ручная дуговая сварка электродом, покрытым соответствующим составом, имеющим следующее назначение:

1. Газовая и шлаковая защита расплава от окружающей атмосферы.

2. Легирование материала шва необходимыми элементами.

В состав покрытий входят вещества: шлакообразующие — для защиты расплава оболочкой (окислы, полевые шпаты, мрамор, мел); образующие газы СО2, СН4, ССl4; легирующие — для улучшения свойств шва (феррованадий, феррохром, ферротитан, алюминий и др.); раскислители — для устранения окислов железа (Ti, Mn, Al, Si и др.) Пример реакции раскисления : Fe2O3+Al = Al2O3+Fe.

Рис. 1.26. Ручная сварка покрытым электродом: 1 — свариваемые детали, 2 — сварной шов, 3 — флюсовая корочка, 4 — газовая защита, 5 — электрод, 6 — покрытие электрода, 7 — сварная ванна

Рис. 1.26 иллюстрирует сварку покрытым электродом. По указанной выше схеме между деталями (1) и электродом (6) зажигается сварочная дуга. Обмазка (5) при расплавлении защищает сварочный шов от окисления, улучшает его свойства путем легирования. Под действием температуры дуги электрод и материал заготовки плавятся, образуя сварную ванну (7), которая в дальнейшем кристаллизуется в сварной шов (2), сверху последний покрывается флюсовой корочкой (3), предназначенной для защиты шва. Для получения качественного шва сварщик располагает электрод под углом (15-20)0 и перемещает его по мере расплавления вниз для сохранения постоянной длины дуги (3-5) мм и вдоль оси шва для заполнения разделки шва металлом. При этом обычно концом электрода совершают поперечные колебательные движения для получения валиков требуемой ширины.

Автоматическая сварка под флюсом.

Широко применяют автоматическую сварку плавящимся электродом под слоем флюса. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности. При сварке под флюсом металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около2/3) и лишь примерно 1/3 за счет электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге. Сварка под слоем флюса производится голой электродной проволокой, которая с катушки подается в зону горения дуги сварочной головкой автомата, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равномерно покрывает шов, образуя твердую корочку шлака.

Таким образом, автоматическая сварка под слоем флюса отличается от ручной сварки по следующим показателям: стабильное качество шва, производительность в (4-8) раз больше, чем при ручной сварке, толщина слоя флюса — (50-60) мм, сила тока — (1000-1200) А, оптимальная длина дуги поддерживается автоматически, шов состоит на 2/3 из основного металла и на 1/3 дуга горит в газовом пузыре, что обеспечивает отличное качество сварки.

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка является принципиально новым видом процесса соединения металлов, изобретенном и разработанным в ИЭС им. Патона. Свариваемые детали покрываются шлаком, нагреваемом до температуры, превышающей температуру плавления основного металла и электродной проволоки.

На первой стадии процесс идет так же, как и при дуговой сварке под флюсом. После образования ванны из жидкого шлака горение дуги прекращается и оплавление кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав. Электрошлаковая сварка позволяет сваривать большие толщи металла за один проход, обеспечивает большую производительность, высокое качество шва.

Рис. 1.27. Схема шлаковой сварки:

1 — свариваемые детали, 2 — сварной шов, 3 — расплавленный шлак, 4 — ползуны, 5 — электрод

Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 1.27. Сварку ведут при вертикальном расположении деталей (1), кромки которых так же вертикальны или имеют наклон не более 30 o к вертикали. Между свариваемыми деталями устанавливают небольшой зазор, куда насыпают порошок шлака. В начальный момент зажигается дуга между электродом (5) и металлической планкой, устанавливаемой снизу. Дуга расплавляет флюс, который заполняет пространство между кромками свариваемых деталей и медными формующими ползунами (4), охлаждаемыми водой. Таким образом, из расплавленного флюса возникает шлаковая ванна (3), после чего дуга шунтируется расплавленным шлаком и гаснет. В этот момент электродуговая плавка переходит в электрошлаковый процесс. При прохождении тока через расплавленный шлак выделяется джоулево тепло. Шлаковая ванна нагревается до температур (1600-1700) 0С, превышающих температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет кромки свариваемых деталей и погруженный в шлаковую ванну электрод. Расплавленный металл стекает на дно шлаковой ванны, где и образует сварочную ванну. Шлаковая ванна надежно защищает сварочную ванну от окружающей атмосферы. После удаления источника тепла, металл сварочной ванны кристаллизуется. Сформированный шов покрыт шлаковой коркой, толщина которой достигает 2 мм.

Повышению качества шва при электрошлаковой сварке способствует ряд процессов. В заключение отметим основные преимущества электрошлаковой сварки.

— Газовые пузыри, шлак и легкие примеси удаляются из зоны сварки по причине вертикального расположения сварного устройства.

— Большая плотность сварного шва.

— Сварной шов менее подвержен трещинообразованию.

— Производительность электрошлаковой сварки при больших толщинах материалов почти в 20 раз превышает аналогичный показатель автоматической сварки под флюсом.

— Можно получать швы сложной конфигурации.

— Этот вид сварки наиболее эффективен при соединении крупногабаритных деталей типа корпусов кораблей, мостов, прокатных станов и пр.

Электронно-лучевая сварка.

Источником тепла является мощный пучок электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Быстрые электроны, внедряясь в заготовку, передают свою энергию электронам и атомам вещества, вызывая интенсивный разогрев свариваемого материала до температуры плавления. Процесс сварки осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокое качество шва. Ввиду того что электронный луч можно сфокусировать до очень малых размеров (менее микрона в диаметре), данная технология является монопольной при сварке микродеталей.

Плазменная сварка.

При плазменной сварке источником энергии для нагрева материала служит плазма — ионизованный газ. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей. В электрическом поле электроны и ионы ускоряются, то есть увеличивают свою энергию, а это эквивалентно нагреванию плазмы вплоть до 20-30 тыс. градусов. Для сварки используются дуговые и высокочастотные плазмотроны (см. рис. 1.17 — 1.19). Для сварки металлов, как правило используют плазмотроны прямого действия, а для сварки диэлектриков и полупроводников применяются плазмотроны косвенного действия. Высокочастотные плазмотроны (рис. 1.19) так же применяются для сварки. В камере плазмотрона газ разогревается вихревыми токами, создаваемыми высокочастотными токами индуктора. Здесь нет электродов, поэтому плазма отличается высокой чистотой. Факел такой плазмы может эффективно использоваться в сварочном производстве.

Диффузионная сварка.

Способ основан на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов при высоком вакууме. Высокая диффузионная способность атомов обеспечивается нагревом материала до температуры, близкой к температуре плавления. Отсутствие воздуха в камере предотвращает образование оксидной пленки, которая смогла бы препятствовать диффузии. Надежный контакт между свариваемыми поверхностями обеспечивается механической обработкой до высокого класса чистоты. Сжимающее усилие, необходимое для увеличения площади действительного контакта, составляет (10-20) МПа.

Технология диффузионной сварки состоит в следующем. Свариваемые заготовки помещают в вакуумную камеру и сдавливают небольшим усилием. Затем заготовки нагревают током и выдерживают некоторое время при заданной температуре. Диффузионную сварку применяют для соединения плохо совместимых материалов: сталь с чугуном, титаном, вольфрамом, керамикой и др.

Контактная электрическая сварка.

При электрической контактной сварке, или сварке сопротивлением, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением. Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве. По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

Стыковая контактная сварка.

Это вид контактной сварки, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Детали зажимают в электродах-губках, затем прижимают друг к другу соединяемыми поверхностями и пропускают сварочный ток. Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и др. детали по всей площади их торцов. Существует два способа стыковой сварки:

— Сопротивлением: в стыке происходит пластическая деформация и соединение образуется без расплавления металла (температура стыков 0,8-0,9 от температуры плавления).

— Оплавлением: детали соприкасаются в начале по отдельным небольшим контактным точкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными плёнками выдавливается из стыка.

Параметры машин для стыковой сварки

Особенности и характеристики видов сварки

Жизнь современного человека тесно связана с вещами, изготовленными с применением сварочных технологий. Речь идет не только о соединении металла, но и прочих материалов, которые можно соединить на молекулярном уровне. В статье будут рассмотрены основные виды сварки.

Понятие процесса

Сварка – это технология создания неразъемного соединения между двумя поверхностями, путем интенсивного температурного воздействия.

Физические признаки

Металлы отличаются высокой температурой плавления. Без дополнительных факторов площадь контактные части свариваемых изделий не будут взаимодействовать друг с другом. Для изменения агрегатного состояния металла требуется повысить его температуру. По достижению определенного уровня создаются условия, при которых появляется возможность выполнить стыковку деталей с получением крепкой межатомной связи между поверхностями.

Технологичность – главное свойство сварных работ

Применяемые типы сварки зависят от характеристик рабочих элементов, а также производственных условий. Наиболее употребительными являются следующие технологии:

• Дуговая.
• Плазменная.
• Газовая.
• Сварка давлением.
• Стыковая.
• Холодная.

Важность свойств

В процессе соединения заготовок необходимо обеспечить надежную защиту зоны температурного воздействия от агрессивного влияния кислорода в атмосфере. В противном случае в области обработки будут активно развиваться коррозионные процессы, ухудшающие качество конструкции. Основные способы предотвращения контакта расплава с воздухом:

Классификация

Классификацию сварки металлов осуществляют исходя из характера воздействия на плоскость:

1. Термический класс. Характеризуется бесконтактным способом воздействия на поверхность – электрической дугой или пламенем газа.
2. Термомеханический класс. Данный вид сварочных работ сочетает в себе бесконтактное воздействие, для достижения нужной температуры, а также механического давления для выполнения соединения.
3. Механический класс. Заданные тепловые параметры получают исключительно за счет механического воздействия на соединяемые изделия.

Ниже будут рассмотрены виды сварок и их краткая характеристика, для каждого класса.

Термический класс

Сварочная дуга

Сварочная дуга – это источник тепловой энергии для расплава металла. Представляет собой электрический разряд, возникающий при разрыве цепи. В качестве питающего механизма применяются устройства, работающие на постоянном или переменном токе.

Электродуговая

Электродуговая технология – наиболее распространенный способ соединения металлических изделий. Своей популярностью обязан относительной простоте применяемого оборудования и низкой себестоимости выполнения работ. Известно несколько видов дуговой сварки.

Ручная дуговая

Работы выполняются электродами с флюсовым покрытием и аппарата для сварки. Метод получил свое название благодаря функциям, которые осуществляются сварщиком:

• Выбор направления движения стержня и его скорость.
• Длина дуги;

Под действием высокой температуры флюс расплавляется. Одни компоненты попадают в зону расплава, улучшая качественные характеристик, другие остаются на поверхности, образуя защитную пленку.

Неплавящимся электродом

В качестве электродного материала используются тугоплавкие элементы: вольфрам или графит. Температура плавления базовой поверхности ниже, чем у электрода. Это обстоятельство увеличивает срок эксплуатации стержней. Допустимо использование присадочных металлов. Ввиду отсутствия флюса, работы ведутся в среде инертных газов.

Механизированная плавящимся электродом в среде защитного газа

Данный вид работ характеризуется применением особого присадочного материала – электродной проволоки, состав который зависит от свойств рабочей поверхности. Для подачи материала в зону сварки используют подающие механизмы. Они могут быть как одним из узлов агрегата, так и автономным оборудованием. Проволока не имеет защитного покрытия, поэтому соединение выполняют под защитой газа. При его отсутствии используют особый тип присадки – порошковую проволоку, которая содержит флюс для защиты шва. Для работы применяются аппараты, функционирующие в полуавтоматическом режиме.

Под флюсом

В этом случае на зону соединения вносят флюсовый состав, при плавлении которого возникает газовый пузырь, служащий барьером для вредных атмосферных факторов. Подчиняется требованиям ГОСТа 8713-89. На серийных производствах имеются установки, выполняющие сварку под флюсом в автоматическом режиме.

Электрошлаковая

Особенностью метода является система подачи тепловой энергии: ток проходит через флюс, нагревая его. Затем происходит плавление присадочного материала и заготовки. Способ незаменим при вертикальных соединениях с углублением, относительно основной плоскости.

Орбитальная

Метод промышленного стыкования поверхностей с круглым сечением, таких как трубы. Существует два способа реализации неразъемной связи. В первом случае заготовки вращаются вокруг своей оси. Под действие силы трения достигается рабочая температура. Во втором случае изделия зафиксированы, а вокруг них вращается подвижная головка аппарата для дуговой сварки. В этом случае используется электродная проволока.

Газопламенная

Технология характеризуется использованием тепловой энергии, образующейся при сгорании горючих газов и их смесей. В зависимости от массовой доли кислорода, определяется характер пламени. Оно может быть трех типов:

• окислительное;
• нейтральное;
• восстановительное.

Плазменная

Рабочим инструментом является плазмотрон, генерирующий высокотемпературную плазменную дугу. В качестве механизма регулировки струи используют электромагнитные силы, увеличивая скорость ионов до необходимой величины. Помимо сварки, плазму используют наплавки, резки и напыления.

Электронно-лучевая

Высокотехнологичный метод, отличающийся принципом нагрева поверхности – для повышения температуры используется электронная пушка, которая создает поток электронов. Соединение элементов выполняют в условиях вакуумных камер.

Лазерная

На зону соединения воздействуют тонким лазерным лучом, который характеризуется точностью обработки и малым влиянием на зону вокруг шва. Это помогает избежать деформаций при работе с тонколистовыми материалами. Специалисты рекомендуют варить конструкции в среде защитных газов.

Стыковой метод соединения пластмасс оплавлением

Исходя из названия, для оплавления пластиковых изделий используется нагревательный элемент с покрытием из тефлона.

С закладными нагревателями

Еще один метод соединения полимеров. Нагрев осуществляется элементами сопротивления, которые устанавливают на соединительную муфту. После монтажа заготовки подается электрический ток, расплавляющий пластик.

Термомеханический класс сварки

Кузнечная

В качестве рабочего инструмента использовался кузнечный молот, деформирующий заготовки. Является самым старым способом выполнения соединения. В настоящее время практически не используется.

Контактная

Наиболее популярный способ данного класса. Рабочий цикл включает в себя два этапа. Первый – плавление поверхности до пластичного состояния. Второй – давление на нагретые элементы, которое может осуществляться как вручную, так и с помощью различных приводных механизмов. Подвидами контактной технологии являются.

Точечная

Популярная технология, которая может быть реализована в домашних условиях. Изделие помещают между двумя стержнями, выполняющими роль электродов. На них подается кратковременный импульсный заряд, нагревающий плоскость. Затем заготовка сжимается электродами, образуя межатомное соединение.

Стыковая

Основное отличие технологии заключается в ширине воздействия на поверхность. Соединение выполняется по всей плоскости касания. Существует два способа создания соединения:

• сопротивлением;
• непрерывным оплавлением.

Рельефная

Метод характеризуется специфической подготовкой к свариванию. На контактные плоскости предварительно устанавливают возвышения, называемые рельефами. После выполнения стыковки по точкам на них подают электрический ток, который вызывает деформацию рельефов.

Диффузионная

В основе технологии лежит явление диффузии – взаимного проникновения частиц друг в друга. При повышении температуры интенсивность движения атомов возрастает, создавая оптимальные условия для соединения деталей. Процесс протекает в условиях безвоздушного пространства или в среде защитных газов.

Высокочастотными токами

Металл плавится под влиянием токов высокой частоты. После кристаллизации обрабатываемой зоны образуется прочный сварной шов.

Трением

Основное преимущество данного способа сочленения – возможность работы с разнородными металлами. Согласно технологическим требованиям, одна заготовка должна быть надежно зафиксирована в специальном суппорте. Вторую раскручивают вокруг своей оси и под давлением стыкуют с первой. Тепловой энергии, которая выделяется за счет силы трения, достаточно для образования новых молекулярных связей.

Механический класс

Взрывом

Основной способ для получения биметаллических соединений. Для спекания заготовок используют тепловую энергию, которая освобождается при взрыве.

Ультразвуковая

Данный способ использует ультразвуковые колебания для образования неразъемных связей между атомами. Уникальность технологии заключается в возможности сваривания различных материалов, начиная от металла, заканчивая кожей или стеклом.

Холодная

Уникальный метод сваривания материалов, который отличается низкой рабочей температурой, находящейся ниже уровня рекристаллизации структуры металла. Технологические требования заключаются в тщательной подготовки рабочей плоскости. Она должна быть очищена от чужеродных элементов. Непосредственно перед началом цикла производят обезжиривание поверхности.

Эту сварку давлением применяют для работы с материалами, чувствительными к температурным перепадам.

Международные обозначения

При выполнении работ на территории России, в строительстве и других отраслях промышленности, все сварочные процессы подчиняются требованиям ГОСТа Р ИСО 4063-2010. Это отечественный аналог международного стандарта ISO 4063:2009.

В искусстве

Художественная сварка – это недавно зародившееся направление в искусстве. Мастера, занимающегося созданием скульптурных композиций называют арт-сварщиком. В Москве, и других крупных городах, проходят многочисленные выставки, которые знакомят ценителей с новыми произведениями.

Можно с уверенностью утверждать, что художественной сваркой по металлу с каждым годом интересуется все больше людей.

Заключение

В статье было рассказано, какие бывают виды сварки: от электросварки до соединения ультразвуком.

Что такое сварка: ее виды, типы и применение

Сварочный процесс используется с целью получения надежного соединения неразъемных материалов. Работает он по принципу расплавления граней поверхностей, которые свариваются друг с другом. Происходит это путем теплового воздействия. Типы и виды сварок бывают различными. В рамках данной статьи мы рассмотрим основные из них более подробно. Используется описанный метод для соединения не только изделий из металла, но и многих других материалов, включая пластмассу. Он актуален при ремонте металлоконструкций, в общепромышленном производстве и так далее.

Виды сварочных работ

Если рассматривать все существующие типы сваривания, то насчитать можно около 20 способов. Всех их объединяет один важный принцип: соединение происходит путем нагревания и плавления материала в зоне, где элементы должны крепиться друг к другу. Наиболее активно используются только некоторые из всех известных вариантов процедуры, рассмотрим их более детально.

Электродуговая

Данный метод характеризуется образованием сварочной дуги, которая появляется под слоем флюса между самим элементом и электродом. Масса, на которую оказывают воздействие, начинает плавиться от выделяемого тепла. Температура может достигать 6000 градусов.

Как итог, образуется надежный шов, по своей структуре и прочности он практически не уступает тому материалу, обработка которого производилась. Существует разновидность описанного метода, при которой сварка осуществляется путем прерывистого оплавления. Если рассматривать самые удобные аппараты для представленной технологии, к ним можно отнести инверторы.

Электрошлаковая

В данном случае используется специальная шлаковая ванночка, она нагревается током. Температура образуется путем прохождения сварного электротока через флюс. После того как электрод опускается в подготовленную емкость, дуга напряжения гаснет, а ток проходит по шлаковой массе.

Подобный метод активно используется для сваривания изделий, толщина которых начинается от 15 мм и может достигать 600 мм.

Электронно-лучевая

При этой разновидности температура создается фотонным или электронным потоком. Он несет в себе частицы, которые на огромной скорости попадают на поверхность материала и передают ему свою энергию. За счет таких манипуляций достигается интенсивное нагревание. Качество сварного стыка повышается за счет того, что вся процедура выполняется в вакуумной области.

Такой метод, это то, что называется сваркой при работе с микродеталями, так как пучок можно формировать вплоть до нескольких микрон.

Газопламенная

Из названия уже можно сделать вывод, что основным источником тепла в данном методе выступает пламя горелки. Чтобы его получить используется смесь газа и кислорода. Поверхность, подвергаемая обработке, плавится вместе с присадочным элементом. Мощность напора огня можно регулировать, для этого оператором подается больше кислорода.

Увеличить скорость сваривания и добиться прекрасного качества шва можно путем использования МАФ. Это особая фракция, которая требует использования проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния. Соответственно процесс становится более дорогостоящим.

Лазерная

Данный метод характеризуется легкостью в управлении и полным отсутствием механического воздействия на поверхность. Такой способ производит крохотный пучок энергии, которые дает возможность работать даже с легкодеформируемыми материалами. Из недостатков этого варианта можно выделить необходимость использовать особую систему управления. Выделяется также ряд технологических особенностей, что снижает КПД.

Плазменная

Энергия в данном случае получается путем воздействия ионизированного газа. Такой метод является нестандартным. В работе необходимо использовать специальные аппараты.

Классификация видов и способов сварки

Металлические изделия могут быть соединены между собой различными способами. Но даже с учетом столь широкого разнообразия вариантов, повсеместно используются только некоторые из них.

Все процессы сварочного характера можно разделить на две группы: плавление и воздействие давления. В каждом из таких разделов, есть свои подпункты со своими особенностями. Первый тип мы рассмотрели выше, ко второму относят холодную и термомеханическую процедуры.

Как осуществляется сварка плавлением

Создание соединения достигается путем оплавления материала электрода с изделием. В этот момент никакого давления не оказывается. В роли источника тепла выступает как электрическая дуга, так и горящий газ.

Два элемента оплавляются и создают в итоге один общий расплав. После того как температура падает, образуется готовый шов, надежно скрепляющий два материала в одну неразрывную конструкцию.

Термомеханическая обработка

Тут за дело берется высокое давление. Одна деталь активно перемещается относительно другой, в результате чего поверхности контактирующие друг с другом сильно нагреваются. В дело вступают процессы диффузионного типа, что приводит к созданию сварного соединения.

Под давлением

Этот метод становится все более популярным благодаря тому, что открывает широкие возможности. Например, с его помощью можно объединить вместе пластик и металл. Соединение несовместимых друг с другом материалов – это главный плюс представленного способа. Без труда можно сварить медь и алюминий. Эта разновидность крайне высокотехнологична, а получаемые соединения становятся прочными и надежными.

Виды сварки и их краткая характеристика рассмотрены детально. Можно рассмотреть дополнительно некоторые отдельные возможности сварочного оборудования.

Виды сварочных работ

Представленный метод основан на свойстве углекислоты, которая может распадаться на два компонента под воздействием высокой температуры. При работе в особой среде, кремний и марганец объединяются, после чего образуют прекрасно плавящееся соединение, которое выводится на поверхность. Технология достаточно проста и у нее есть ряд преимуществ:

• Процедура осуществляется с применением токов с обратной полярностью, это позволяет добиться более стабильной дуги, тем самым возможность деформации полностью исключается.
• В процессе наплавки металла можно использовать прямую токовую полярность, в итоге ее эффективность увеличивается практически в два раза.
• Расходный материал не разбрызгивается за счет применения особого электрода. Это в некоторой степени снижает непроизводительные затраты.

Соединение данным методом может осуществляться с применением аппарата вроде «осциллятор». Он работает как высокочастотный преобразователь тока и напряжения.

Что такое сварка автоматическая под флюсом

Когда изделия соединяются подобным методом, дуга прогорает под специальным материалом гранулированного характера, он называется флюсом. Электрод и поверхность детали под высокой температурой плавятся. В рабочей области образуется полость, она заполняется флюсовыми и металлическими парами.

Плавленый флюс позволяет защитить дугу и саму деталь в той области, где над ней ведется работа, от воздействия окружающей среды. Дополнительно элемент подвергается обработке в сварной ванне. Материал после удаления дуги остывает и становится более твердым. Шов покрывается коркой из шлака, которая после полного остывания металла, убирается.

Вся неизрасходованная смесь после работы собирается в особый аппарат и может применяться для выполнения такой же процедуры.

Что такое сварка автоматическая под флюсом

Данная технология получила широкое распространение в самых разных сферах:

• коммунальные службы;
• машиностроение;
• различные виды ремонтных работ;
• прокладка сетей теплоснабжения и прочее.

С помощью данного метода можно без проблем соединить углеродистую сталь в любом положении. Если использовать специальные электроды с омеднением, можно работать с чугуном. Полученные по результатам работы швы характеризуются высокой надежностью, они устойчивы к разрыву и излому. Подобный способ актуален также в случаях, когда требуется наплавка поверхностей деталей, подверженных истиранию.

Рассмотрев, какие виды сварки бывают, отметим необходимость помнить о различных нюансах.

Важные условия

Чтобы процесс был максимально продуктивным в любой из областей, необходимо соблюдать некоторые правила:

• Конструкция нужного элемента. Даже новичок в состоянии быстро приварить одну трубу к другой. Но как быть в ситуации, когда возводиться более масштабная конструкция? Здесь должны учитываться такие параметры: техника безопасности, условия применения, инструменты, применяемые на объекте и прочее.
• Грамотная организация процесса. Сегодня, в условиях стремительного развития технологического процесса, модернизации подвергаются не только рабочие места, но и аппараты. Громоздкий кабель используют редко. Существуют компактные устройства, при помощи которых можно выполнять работу даже в труднодоступных местах.
• Опыт и знания. Грамотные и опытные работники нужны на любом предприятии. Проведение курсов повышения квалификации очень важна.

Только при соблюдении всех особенностей можно добиться высоких показателей производительности. Как видите, виды сварок и их применение могут быть самыми разнообразными. Для освоения каждого из известных типов нужно много времени и сил.

Подводя итоги

В завершение нужно уделить некоторое внимание мерам безопасности. Важно чтобы все устройства для моментального отключения аппаратуры всегда были на виду, и вы могли получить к ним быстрый доступ.

Следите за тем, чтобы в процессе проведения смены электродов и их зачистки, возможность смещения данного элемента была исключена, это позволит избежать травмирования. Во время работы лицо прикрывают щитком.

Рассмотрев самые распространенные способы и методы сварки, можно сделать вывод о том, что каждый из вариантов актуален для использования при определенных условиях. Есть и такие виды, использование которых позволяет справиться с широким спектром задач.

Разнообразие видов сварки

Сварочный процесс формирует неразъемное соединение различных частей каких-либо металлов за счет образования новых межатомных связей.

Он заключается в создании локального или повсеместного прогрева, пластической деформации, или одновременного действия обоих факторов. Современные сварочные технологии представлены почти сотней видов автоматизированной и ручной сварки.

Три основных разновидности

Имеются три разновидности или типа сварки. По методу получения энергии соединения ее делят на термическую, термомеханическую и механическую.

К термической сварке причисляют процессы с использованием электрической дуги, газа, плазмы и других источников теплового излучения. Именно благодаря ему происходит нагрев и сварка.

В термомеханических видах кроме тепловой энергии применяют давление для получения неразрывного соединения.

В механической теплоту получают за счет трения, давления, ультразвука или взрыва.

Виды сварочных работ многообразны и их классификация производится по разным критериям. Классификация идет по способу защиты сварочной ванны, по непрерывности процесса сварки, степени механизации, используемым газам. Кроме этого имеются технологические признаки, которые индивидуальны для каждого вида сварки.

Виды сварных соединений подробно описаны в ГОСТ (государственных стандартах). Кроме этого имеется большое количество ГОСТ описывающих виды сваривания, способы контроля сварных швов, меры безопасности при производстве сварочных работ.

Термическое сваривание материалов

Термические процессы основываются на плавлении соединяемых деталей за счет тепловой энергии. Выделяю несколько видов термической сварки:

• электродуговая (в среде защитных газов, под флюсом и прочие);
• электрошлаковая;
• электронно-лучевая и лучевая (лазерная);
• плазменная;
• газовая;
• термитная.

Самое широкое применение получила электродуговая сварка. Но и другие виды востребованы в различных современных сферах производства и в бытовых условия.

Расплавление электрической дугой

Электродуговой вид сварки работает за счет выделения энергии в дуге из-за того, что сопротивление дуги значительно больше, чем сопротивление всей электрической цепи, образующей замкнутый контур.

Поэтому практически все тепловая энергия выделяется в дуге, разогревая ее до 4,5-6 тысяч градусов и вызывая плавление любого металла. Дуга возникает в зазоре электрода и свариваемого металла, вызывая их плавление.

При остывании создается неразрывный шов, свойства которого связаны с током, составом присадки и многими другими факторами.

Дуговое сваривание производится плавящимися и неплавящимися стержнями (электродами). В оборудовании используется инверторная технология, что позволило создать компактные производительные устройства.

При сварке заготовок с помощью электрода разжигают дугу между ним и поверхностью стыка. Это создается за счет короткого замыкания при прикосновении прутка к металлу, и последующего его отрыва на расстояние 3-5 мм.

Дуга расплавляет конец электрода и кромки свариваемого изделия. В точке образования дуги создается сварочная ванна.

Для получения сварного шва требуется вести электрод вдоль стыка со скоростью достаточной для расплавления кромок и электрода, но не достаточной для прожигания деталей.

После охлаждения металла получается сварной шов по прочности сопоставимый с основой. Электрод может быть в виде отдельного стержня в обмазке или присадочной проволоки на механизме ее подачи.

При сваривании неплавящимся стержнем электродуга возникает между ним и кромками заготовок. Происходит расплавление кромок, если необходимо и присадочной проволоки в образующейся при этом сварочной ванне. Пруток может быть угольным или из вольфрама. Электродом неплавящегося вида обычно работают при сварке меди, медных сплавов (латуни, бронзы, мельхиора) и тугоплавких металлов.

Защита флюсами и газом

Сваривание металла под слоем флюса обычно выполняется автоматически или при наполовину автоматизированном процессе (полуавтоматом). В первом случае все процессы автоматизированы, во втором процесс подачи электрода производится автоматически, а движение горелки осуществляется сварщиком.

Расплав в сварочной ванне защищается расплавом шлака от воздействия атмосферного воздуха. Шлак получается за счет расплавления флюса поступающего в ванну. Вид сварки с применением флюсов весьма производителен, к тому же получается качественный сварной шов без пор и других недостатков.

Сваривание в газе обеспечивает предохранение участка сварки от вредного воздействия паров воды, атмосферного кислорода и азота.

Это обеспечивается за счет подачи струи защитного газа через сопло горелки в сварочную зону, что позволяет вытеснить атмосферный воздух. Используется при применении неплавящихся и плавящихся электродов. В итоге получается качественный шов при высокой производительности труда.

Электрошлаковая

Электрошлаковый вид сварки осуществляется благодаря сплавлению вертикальных краев изделия с электродом. Когда электрический ток проходит через лак, выделяется тепло. Дуга присутствует только на начальном этапе. В дальнейшем металл расплавляется за счет тепла выделяемого шлаком.

С двух сторон зазора устанавливаются ползуны из меди. Их охлаждают путем подачи воды. Снизу устанавливается поддон с флюсом. Между ним и электродом разжигают дугу и подают туда проволоку.

Электрическая дуга расплавляет проволоку и флюс, из них образуется сварочная ванна, над которой всплывает легкий жидкий шлак. По мере расплавления кромок и сварочной проволоки ползуны перемещаются вверх по стыку. В итоге получается качественный шов. Благодаря такому процессу можно варить металлы большой толщины за один проход.

Лучевая

В промышленности, особенно приборостроении и электронике требуется сваривать очень мелкие детали, имеющие особые требования к процессу сварки. Выбор способа сварки в этом случае невелик. С ними могут справиться только мощный световой луч, поток электронов или плазмы.

Чтобы получить шов отличного качества, требуется высокоэнергетический источник. Это может быть лазер или другой подобный источник энергии способный сконцентрировать огромную тепловую энергию на маленьком участке и на малое время. Электронно-лучевая сварка использует энергию разогнанных до большой скорости электронов. В случае с лазером разогрев осуществляется за счет энергии фотонов.

Плазма, газ, термическая реакция

Сущность вида сварки с применением плазмы заключается в формировании струи ионизированного газа, которая является проводником тока.

Температура плазмы достигает 30000 °C, что позволяет плавить любые металлы в кратчайшие сроки. Энергия плазмы зависит от величины сварочного тока, рабочего напряжения, расхода газа. Сварочные швы получаются высокого качества, тонкие, без внутренних напряжений.

Газовое сваривание осуществляется за счет сжигания горючего газа в кислороде и выделения большого количества теплоты. Это один из старейших видов сварки.

Температура газового пламени составляет три тысячи градусов. Благодаря этому расплавляются стыки свариваемого изделия. Процесс расплавления происходит долго, что вызывает нагрев больших участков поверхности соединяемых изделий. При охлаждении вызывает большие напряжения в шве и самой детали.

При термитном сваривании используется тепло выделяемое при сжигании смеси из алюминия и оксидов железа.

Термомеханическое сваривание материалов

К термомеханическому свариванию относится кузнечная, контактная и подобные им виды. Эти способы сваривания металла используют одномоментно тепловую и механическую энергию. К этому виду относят такие технологии:

Кузнечной сваркой называется способ, в котором свариваемые изделия сначала нагреваются до необходимой температуры в горне, а потом молотом соединяют друг с другом. Если вместо молота используется пресс, то такой способ называется прессовый.

Контактный вид имеет такое название благодаря тому, что сваривание осуществляется в месте контакта соединяемых деталей. Их сильно прижимают друг к другу с помощью специальных электродов, а затем через точку сдавливания пропускают мощный ток.

В месте контакта получается наибольшее сопротивление, что вызывает выделение основного тепла именно в этой точке. Соответственно, это приводит к расплавлению металла в точке контакта. С помощью контактной получают точечную или шовную сварку.

Контактная сварка получила широкое распространение в машиностроении, особенно в автомобилестроении. Это связано с высокой производительностью и экономичностью данного вида сварки. Она проще всего автоматизируется и широко используется в роботизированных комплексах.

Нельзя не упомянуть диффузионный вид сварки. Его сущность в предварительном нагреве заготовок и последующем их соединении с помощью деформации, которая возникает от механического давления. В таком процессе происходит диффузия атомов из одной соединяемой части в другую и получается неразрывное соединение.

Механическое сваривание материалов

При механическом способе сварки неразрывное соединение получают без внешнего источника тепла. Процесс соединения происходит под действием давления, трения, взрыва или чего-нибудь подобного, что образует межатомные связи между свариваемыми изделиями.

Сварка трением происходит в результате быстрого вращений. Она деталь так плотно прижата к другой, что при вращении происходит сильное трение и разогрев до расплавления. Это обеспечивает надежное соединение заготовок.

Если взять две металлические пластины, очистить от загрязнений и сильно прижать, то при давлениях в несколько десятков тысяч атмосфер происходит пластическая деформация, приводящая к образованию межатомных связей двух частей. В итоге получается неразрывное соединение. Такой способ называется холодной сваркой.

Чтобы возникли силы атомного взаимодействия, между двумя деталями иногда используется взрыв. В этот момент свариваемые детали сближаются так, что возникают атомные связи, которые обеспечивают надежное соединение изделий.

Еще один вид сварки – ультразвуковой. Высокочастотные волны вызывают колебания атомов в металле, и те становятся такими значительными, что вызывает атомные взаимодействия. Итог – надежное соединение.