Перечислите способы сварки металлов

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.

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