Классификация методов сварки по способу нагрева

Классификация способов сварки

Обзор основных методов сварки

Развитие технологий, изобретение новых металлических сплавов, повышение требований к прочности и долговечности конструкции — причины появления различных способов сварки. Различные методы сварки также обусловлены все более высокими требованиями к стыкам неразъемных конструкций, высокими требованиями к увеличению скорости, производительности и эффективности производственных процессов. Хотя некоторые методы сварки кажутся чисто теоретическими и редко используются на практике, они также заслуживают внимания. Не исключено, что на каком-то этапе развития материалов или технологий они более широко войдут в промышленное производство. Это касается лазерной или плазменной сварки. Давайте посмотрим на критерии классификации различных методов сварки.

В современной промышленности используются различные методы сварки металлов. Чаще всего металлы классифицируют по энергии, используемой для сварки . Исходя из этого, все способы сварки делятся на четыре основные группы:

Чтобы сделать сварное соединение двух частей, нужна дополнительная энергия, которую нужно подводить в зону сварки. Внешняя энергия для процесса может быть введена в виде тепла и / или силы. В зависимости от вида энергии мы различаем две основные группы методов сварки и соответствующие им разновидности.

Путем плавления

• Электрическая дуга
• Газ-кислород
• Электрошлак
• Электронный луч
• Лазерный
• Термит

Под давлением

• Электрическое сопротивление
• Высокая частота
• Электродуговая сварка шпилек
• Диффузия
• УЗИ
• Сварка трением
• Сварка взрывом

Сварка сопротивлением

Это делается тремя способами:

Фронтальное электрическое сопротивление

Свариваемые детали фиксируются в губках сварочного аппарата. Затем через челюсти трансформатора пропускается электрический ток и концы деталей сближаются. В точке соприкосновения концы быстро нагреваются до высокой температуры, после чего отключается электрический ток, детали прижимаются и свариваются. Этот метод в основном используется для сварки арматуры и инструментов.

Точечное электрическое сопротивление

Сварные металлические листы 1 кладут друг на друга и прижимают между двумя медными электродами. От источника тока через электроды подается электрический ток, который сильно нагревает металл в месте соприкосновения соединяемых частей. Затем отключают ток, электроды прижимают сильнее и металл в этом месте сваривают. Сварной шов представляет собой несколько сварных точек. Этот метод применяется в массовом производстве бытовых электроприборов и в автомобильной промышленности.

Роликовое электрическое сопротивление

Выполняется на аппарате с тем же устройством, что и на аппарате точечной сварки. Отличие в том, что вместо электродов для прижатия металлических листов используются ролики, через счетчик пропускается электрический ток от источника тока. В результате получается полный непрерывный сварной шов. Он состоит из нескольких точек сварки, частично перекрывающих друг друга.

Электрическая дуга имеет наибольшую практическую долю среди всех методов сварки.

В зависимости от положения электрическая дуга делится на два типа:

Дуговая сварка открытой дугой

В этом методе электрическая дуга горит в атмосфере. По типу электродов мы различаем два отдельных метода сварки открытой дугой: метод Славянова и метод Бенардоса.

В методе Славянова электрический ток по одному из проводников подводится к свариваемому металлу, а по другому — к электрододержателю, в котором зажат металлический электрод. В процессе сварки кончик металлического электрода плавится от сварочной дуги между металлом сварного шва и электродом и образует жидкий металл, заполняющий зазор между свариваемыми частями.

В методе Бенардоса в электрододержатель помещают неплавкий электрод. Этот электрод не плавится в сварочной дуге, а только служит для ее формирования и поддержания. Изделие сваривают путем плавления дополнительного металлического стержня, который кладут сбоку в области дуги. Этот метод сейчас малопригоден.

Плазменная сварка

Плазма представляет собой смесь электрически нейтральных молекул газа ( аргон , водород, азот и их смеси) и электрически заряженных частиц — электронов и положительных ионов, а иногда и тяжелых отрицательных ионов. Если сечение плазменной струи уменьшить по сравнению со свободной струей под действием магнитных полей за счет продувки газовой струей или распыляемой жидкостью, подаваемой через сопло, ее температура может повыситься до 20000-30000 ° C. Полученный плазменный поток используется для сварки как тугоплавких, так и легко окисляемых металлов. Помимо использования плазменного флюса для сварки, он также используется для резки алюминия, меди, сплавов, углерода, жаропрочных сталей и тугоплавких металлов.

Электрошлаковая сварка

В этом методе сначала обнаруживается дуга между электродной проволокой и свариваемыми листами. Затем вручную подается флюс, который плавится от дуги, образуя жидкую ванну. Таким образом, радуга горит только в начале процесса. Дальнейшее плавление электродной проволоки и основного металла происходит из жидкого флюса. Его температура плавления всегда должна быть выше, чем у основного металла и электродной проволоки.Для охлаждения сварного шва используются охлаждаемые водой медные пластины. При автоматическом перемещении подушки охлаждаются и образуют сварочную ванну с этим сварным швом.

Этот метод используется для сварки толстых деталей в судостроении.

Индукционная сварка

Этот метод особенно удобен для сварки труб. Похож на фронтальный метод. Две трубы расположены друг напротив друга на определенном расстоянии. На их концах расположены катушки с противоположной магнитной движущей силой. Когда между концами трубок обнаруживается дуга и к катушкам подается ток, в последних создается магнитный радиальный поток. Этот поток действует на дугу, и она начинает быстро вращаться, и через короткое время концы трубок оплавляются. Затем ток прекращается и трубы прижимаются друг к другу.

Методы химической сварки

К химическим методам относятся:

Газопламенная сварка

В прошлом этот метод сварки широко применялся. Сейчас он используется в основном в цветных металлах и тонких стальных деталях.

При газовой сварке в качестве источника тепла используется топливный газ (ацетилен, пропан, природный газ, водород и др.), Смешанный с кислородом в специальной горелке. Свариваемые детали нагреваются в месте сварки пламенем газовой смеси, подаваемой горелкой. Тепло пламени топлива плавит основной металл, а вместе с ним и присадочный металл. После застывания расплавленного металла получается сварной шов.

Газопламенная сварка также применяется для соединения труб. Для этого используются специальные кольцевые горелки с множеством форсунок. Горелка состоит из двух полуколец, которые опираются на трубу.

Термитная или алюминий-термитная сварка

Известно, что при горении смеси порошкового алюминия и порошкового оксида металла возникает высокая температура. Эта порошковая смесь называется термитом, отсюда и название этого метода сварки. При сжигании термитов образуется жидкая термитная смесь с температурой около 3500 ° C. Сварные части помещают в виде огнеупорной почвы. В эту форму заливается жидкая термитная смесь, высокой температуры которой достаточно для расплавления свариваемых деталей. Термитная смесь является не только теплоносителем, но и связующим металлом.

Механическая сварка

При механической сварке соединение выполняется за счет механической работы, которая достигается приложением трения или сильного давления. В эту группу входят:

Сварка трением

Этим методом свариваются детали круглого сечения из стали, меди, латуни, алюминия. Для этого две части помещаются на сварочный аппарат. Деталь 2 затягивается в патроне и получает вращательное движение. Деталь 2 закреплена в губках станка. Две части слегка прижимаются друг к другу. Вращательное движение передается части 2. Из-за трения в месте соприкосновения двух частей температура достигает 1200 ° С. Когда материал приводится в пластичное состояние, вращение детали прекращается и две части прижимаются друг к другу с определенной силой, в результате чего они свариваются.

Холодная сварка

В этом методе они подвергаются сварке с металлическими соединениями, которые обладают достаточной пластичностью (например, медь, алюминий, цинк , титан, свинец). Сварка производится на специальном прессе следующим образом. Поверхности деталей идеально выровнены и очищены. Сваренные детали помещают между пуансонами и прижимают с определенным усилием. Затем с помощью штампов и в точке соединения прикладывается сила, достаточная для сближения молекул двух частей и достижения сварного соединения.

Ультразвуковая сварка

Этот метод основан на использовании механических ультразвуковых колебаний металла. Это дает возможность сваривать детали небольшой толщиной от нескольких микрометров до 1,5 мм.

Сварочный аппарат с магнитострикционными преобразователями используется для преобразования электрической энергии в механическую ультразвуковую. Вибрационный вращающийся сердечник, изготовленный из специальных сплавов. У них есть возможность изменять свой размер, увеличивать или уменьшать их при намагничивании. На сердечник помещена катушка, на которую подается высокочастотный переменный ток, и при изменении тока длина сердечника изменяется синхронно — механические ультразвуковые колебания происходят с той же частотой. Через концентратор эти колебания передаются на свариваемый материал от верхнего и нижнего электрода. Поверхность очищается от грязи от вибраций. С другой стороны,за счет механических колебаний (за счет трения) поверхностный слой металла под электродом и в зоне соприкосновения деталей нагревается, а электроды прижимаются.

Методы лучевой сварки

В третью основную группу входят:

Электронно-лучевая сварка

Благодаря высокой температуре, достигаемой этим методом сварки, можно сваривать легкие металлы, такие как молибден-титан. Во время сварки металл в зоне стыка подвергается интенсивному воздействию электронного луча. Когда они падают на поверхность продукта, электроны выделяют свою кинетическую энергию, преобразуют ее в тепло и нагревают металл. Это тепло плавит металл, в результате чего образуется сварное соединение.

Фотон (свет) — лазерная сварка

Открытие оптических квантовых генераторов — лазеров — имеет большое значение для фотонной сварки. Это новый тип источника света. Лазерное излучение фокусируется оптической линзой в пятно очень маленького размера диаметром несколько микрометров (от 80 до 500 мкм). Сегодня лазерная сварка становится все более распространенной технологией в промышленном производстве.

Источник

Виды сварки металлов

На сегодняшний день применяются различные виды стыковки металлов, основные различия и характеристики подразделяются на техническую, физическую, а также технологические разновидности. Технологический процесс соединения подразумевает взаимодействия материалов на межатомном уровне путем воздействия температур. Несъемные крепления используются для множества материалов, основные из них металлические детали, также свариваются стекло, пластмасса и керамика. Процесс происходит основными способами ручной, полуавтоматической или автоматической, в зависимости от характеристик механизмов.

Понятие процесса сварки

Энергия подводится к электроду, материалу для сварки, путем усиления через инвертор. Определение сварки начинается с того, что воздействие электрической дуги приводит к расплавлению металла электрода, что приводит к образованию сварочной ванны. При процессе образования ванны происходит смешивание с основным материалом, шлаки всплывают на поверхность и служат как защитная пленка. Затвердевание металла после процессов называется процессом сварки.

Для определения, что такое сварка, важно знать, что существует два вида электродов – неплавящиеся и плавящиеся. Неплавящийся электрод подразумевает использование присадочной проволоки, которая вводится в сварочную ванну отдельно. Второй вариант плавит непосредственно прут электрода. Защита от окисления в процессе стыковки производится газами, подводящийся при горении головки. Существуют переменные и постоянные агрегаты, при работах с агрегатами постоянного тока происходит более качественный, равномерный шов.

Физические признаки сварки

Взаимодействие металлов или других материалов происходит путем межатомного воздействия элементов. При обычных температурных показателях материалы не взаимодействуют друг с другом вне зависимости от условий, из-за твердой структуры металлов. Загрязнение поверхностей при соединении в виде образований жира или окисей оказывает значительное влияние при процессе связки металлов.

Под действием сдавливания возможно физическое соединение на поверхности или пластическая деформация. Атомно — металлические связи происходит путем взаимодействий электронных соединений при сварке металлов, а также стыковка ковалентных металлов. Определение типа и вида сварки происходит по нескольким параметрам взаимопроникновения, например сдавливание, распайка и термомеханическое воздействие.

Расплав металла сваркой

Расплавление материала происходит без воздействия внешних механических сил, обеспечивается необходимая температура сварочными дужками, газовым пламенем, другим источникам энергии. Виды сварочных работ под давлением подразумевают деформацию металла, что придает текучесть жидким соединениям. Процесс стыковки материалов происходит за счет наплыва свежих слоев материала друг на друга.

Технологичность главное свойство сварных работ

Существует множество разновидностей способов, видов сварочных работ. Классификация имеет прямую зависимость от типа материала и оборудования. Распространенные виды сварочных работ:

• электрошлаковые;
• дуговые;
• плазменное и электронно-лучевое;
• световые, газовые;
• ультразвуковые;
• холодные, печные, контактные виды.

Важность технологических свойств

Бесперебойность процесса и его механизацию обеспечивают технологические свойства. Металлический компонент в сварочном шве остается защищенным в случае соблюдения требований и технологий. Виды сварки подразделяются на:

• вакуумные;
• воздушные;
• защитно — газовые;
• по флюсные;
• пенные;
• под флюсные виды.

Степень расплавленной среды материала подразделяется на атмосферную и струйную разновидность. Расплавленное вещество на дужке сварного шва характеризует струйную технологию. Характер заменимости способствует возможной замене газа на более или менее активный. Существует совокупность активных или инертных соединений газов. Степень механизации подразделяется на ручную, механизированную и полностью автоматический процесс.

Классификация способов сварки

Основными способами создания сварочных швов выделяются три основные виды сварки. Плавление элементов без прилагаемого усилия или давления применяется к оборудованию, способному работать электрической дугой или газовым пламенем. Расплавленные металлы соединяются в сварочной ванне, образуя защитный слой поверх деталей для предотвращения окислов и взаимодействия с кислородом.

Термомеханическим видом соединения подразумевается применение давления и тепловой энергии. Подогрев заготовок элементов осуществляется за счет тепловой энергии, механическое усилие придает нужное соединение пластичному металлу. Классификация сварки имеет третий вид, при котором производится давление на части материалов. В результате действий, материал сжижается, становится текучим, что дает возможность соединить материалы в труднодоступных местах. Загрязнённый слой отводится на поверхность текучей жидкости, в результате чего появляется обновлённый слой, чистый шов.

Термический класс сварки

Данный класс сварочных работ выполняется путем плавления кромок частей материалов. В начале процесса образуется сварочная ванна, после отвода которой производится шов. Классификация видов сварки термическим способом разделяется на основные подкатегории:

• газовая;
• электронно-лучевая;
• плазменная;
• лазерная;
• термитная;
• электрически дуговая стыковка.

Наиболее распространенным считается последний вариант т.к. не требует специализированного инструмента, приспособлений.

Дуговая сварка

Электродуговая стыковка деталей пользуется наибольшей популярностью при проведении работ. Электрическая дуга между электродами производится мощным разрядом, одним из элементов производится процесс сварки.

Схема дуговой сварки

Работа производится после обработки, заготовки материала, состоит из основных этапов.

1. Производится соприкосновение электрода с металлом, что вызывает короткое замыкание, после этого, инструмент отводится на расстояние не более 5 мм. Короткое замыкание служит для достижения электродом требуемой температуры, путем интенсивной эмиссии электронов в конструкции катода. После достижения стабильной, устойчивой дуги, производятся работы.
2. Устойчивый дуговой заряд производится путем ускорения электронов в электрическом поле, происходит ионизация газового соединения анода с катодом. Температура электрической дуги, как источника тепла достигает до 6000⁰. Сварочный ток при напряжении дуги до 50 В, использования покрытого специальным составов, достигает до 3 кПа.

Предназначение данного вида сварки с использованием покрытых электродов состоит в легировании состава шва, защиты расплава от окружающих воздействий путем газового и шлакового способа.

Газовая сварка

Электродуговой способ, при котором осуществляется процесс в газовой защитной среде. Подразделяются газообразные вещества на инертные и активные виды.

Методики сварки существуют МИГ и МАГ разновидностей, основное предназначение состоит в использовании универсальных материалов, различаются механическими параметрами.

Перед использованием оборудования необходимо проверить все составляющие, зачистить обрабатываемый металл от окраски и ржавчины.

Устройство аппарата для газовой сварки

Комплект газосварочного оборудования состоит из:

• кислородный рукав номинальным давлением 0,64 МПа, используется для подачи ацетилена;
• подача кислорода производится через рукав третьей категории давлением до 2 МПА;
• два редуктора для регулировки давления;
• баллоны объемом от 40 л;
• горелка с регулировочным винтом.

Давление подачи ацетилена производится регулировкой редуктора на баллоне, специальный манометр указывает на точный параметр. Давление горючей смеси должно составлять около 0,2 МПа, кислород регулируется идентичным способом до уровня 0,5 МПа. Регулировка газовой горелки происходит путем открытия подачи ацетилена до тех пор, пока огонь не стабилизируется у основания, кислородом устанавливается мощность пламени.

Основные составляющие пламени это ядро, зона восстановления и факел. Горелка располагается под определенным градусом к основному металлу, расстояние между ядром и материалом составляет 1,5 мм. Поступательными движениями разогревается металл до температуры плавления, после изменяется градус подачи горелки, подается присадочная проволока.

Лучевая сварка

Высокое качества шва достигается путем работы в вакууме. Процесс представляет собой передачу мощного пучка энергии к заготовке. Электроны взаимодействуют со составляющими веществами материала, что приводит к быстрому разогреву, достижению необходимой температуры плавления. Используются данная категория сварочных работ при работе с микроэлементами, т.к. луч можно регулировать до размеров микрона в диаметре.

Термитная сварка

Сварка происходит с использованием специального материала – термит, состоящего из соединений магния или алюминия, железной окалины. Порошкообразная смесь применятся к подготовленным в жаропрочном виде материала металлам, предварительно разжигая запалом либо электрической дугой. Результатом становится прочное соединение, основное предназначение данного вида работ состоит в стыковке труб, рельсов, наплавки массивных изделий.

Электрошлаковая сварка

Относительно новый способ произведения сварочных работ разработан в институте им. Патона. Подготовленные детали обволакиваются шлаком, который нагрет до температур, превышающих плавление проволоки и металла. Электрошлаковая сварка позволяет заполнять большие разрывы в один проход, процесс не отличается от дугового вида стыковки металлов. Высокое качества шва достигается за счет образования защитной ванны, которая выдвигает нестабильные соединения металлов на поверхность.

Схема процесса электрошлаковой сварки

Процесс электрошлакового вида сварки происходит следующим образом:

• кромки вертикально расположенных деталей наклоняются на 20-25⁰ по отношению к размеченной части;
• устанавливается необходимый зазор для помещения порошка;
• дуга, разжигаемая между нижней пластиной и электродом, расположенным сверху расплавляет флюс;
• шлаковая ванна возникает путем плавления флюса, медных ползунов, после чего шунтируемая дуга потухает;
• происходит переход из дугового вида в шлаковую, ванная которой нагревается до 1700⁰;
• кромки металла расплавляются шлаком в сварочной ванне, после удаления электрода происходит остывание и кристаллизация металла.

Данным способом возможно работать со сложными швами, крупногабаритными деталями. Повышенное качество, отсутствие трещинообразования, позволяют стыковать шлаковой сваркой ответственные детали.

Газовые примеси и пузыри удаляются без затруднений из зоны сварки, этому способствует вертикальное расположение конструкции.

Термомеханический класс сварки

Комбинированный способ предлагает воздействие не только повышенной температурой на металл, но и механические усилия. В большинстве случаев, используется при стыковке малогабаритных частей, которые обычным способом качественно связать не представляется возможности. Процесс происходит в электродах — губках, в которых закрепляется две части деталей. Основными видами сварки называются контактная, диффузионная и кузнечные способы.

Кузнечная сварка

Качественное соединение кузнечным способом работ достигается при условиях очищенных от налетов, окислов прилагаемых поверхностей. Работа ручным инструментом осуществляется по нагретому металлу, детали нахлестываются и производятся удары молотком по поверхности.

Кузнечный вид сварки применяется далеко не ко всем материалам, имеет малую производительность, требует достаточного опыта от кузнеца.

Современные виды работ вытеснили кузнечное дело ввиду малой надежности стыкованных деталей.

Контактная сварка

Нагрев при сварке сопротивлением достигается прилеганием поверхности иглы к изделию. Электрический ток проходит через инструмент нужного диаметра, предварительно необходимо подготовить металл путем сдавливания или осадочного механического воздействия. Химическое воздействие атомов металла дает возможность сварить мелкие детали, легко поддается автоматизации и высокопроизводительна.

Различается на три основные способа, точечную, роликовую и стыковую разновидность. Широко применяется в промышленности и машиностроении, в труднодоступных местах и соединениях.

Диффузионная сварка

Основой способ является использования диффузии атомов при высоком уровне вакуума. Поверхностные слои металла нагреваются в силу высокой диффузионной способности атомов до температур, приближенной к плавлению. Контакт и надежная стыковка происходит механическим воздействием высокой силы, минимальная мощность сжатия составляет 20 МПа.

Применяется данный вид при плохо контактирующих материалах.

Процесс начинается с помещения деталей в специальную камеру, крепление и передачи усилия. Материалы выдерживаются определенной время, под воздействием электрического тока.

Механический класс сварки

Виды и способы механической сварки используют физическое воздействие на стыкуемые материалы. Основные способы имеют преимущества при отсутствии возможности до температуры плавления. Переход энергии из механической в кинетическую позволяют нагреть стыкуемые изделия до порога плавления.

Сварка трением

Основные детали, к которым применяется сварка трением, являются трубы небольшого диаметра, стержневые конструкции. Автоматизированный процесс позволяет производить различные виды сварочных работ в специальных машинах, в шпиндель которых крепятся заготовки. Машина работает посредством перемещения одной из деталей к неподвижной части. Частота вращения доводится до 1500 об/мин, в результате чего происходит нагрев деталей и оплавление.

После выключения муфты вращения, машина выполняет осадку изделий. Экономичность, быстрое выполнение поставленных задач, делают вид работ трением преимущественнее дуговой, а также имеется возможность варить металлы из разных сплавов.

Холодная сварка

Заготовки стыкуются путем холодной сварки путем деформирования пластических свойств материалов. Температура при операции может достигать минусовой, поверхности должны быть зачищены от окислов и ржавчины. Соединение происходит на межатомном уровне, поэтому элементы должны быть идеально ровными и обработанными.

Применяется холодный вид при стыковке шин, проволоки или труб. Давление варьируется от 1 до 3 ГПа, данный способ требует подготовленного к высоким нагрузкам оборудования.

Сварка взрывом

Соединение деталей при сварке взрывом происходит путем синхронной пластической деформации деталей. Подвижная часть детали прикладывается параллельно к устойчиво закрепленной мишени, после чего производится контролируемый взрыв. Основное применение данный способ получил ввиду возможности стыковки разнородных металлов. Взрывные вещества применяются из состава гранулотола, аммонита, гексогена.

Ультразвуковая сварка

Стыковка деталей происходит с применением источников энергии, выдающим на выходе ультразвуковые колебания. Применяется при шовной, точечной, контурного вида сварки механическим воздействием. Сухое трение способствует разрушению оксидных пленок, после заменяется на чистое трение, при котором происходит процесс сварки. Основными преимуществами данного способа является отсутствие предварительной очистки поверхностей, что значительно экономит время. При сварке пластмассовых деталей не допускается перегрев прилагаемых зон, т.к. контролируется температурный диапазон определенного участка. Отсутствуют вредные пары, газы при процессе, нагрев происходит за доли секунды.

Недостатками при ультразвуковом виде можно выделить дорогостоящее оборудование, малый диапазон толщины материалов. Необходимо четко определить толщину свариваемых видов материалов, при размерах вне допуска, возможно применение акустической линзы, что дает возможность сфокусировать энергию на определенном участке детали.

Источник