Способы сварки классификация способов сварки

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 и их краткая характеристика

Технологические составляющие сварочного процесса были известны еще в 17 веке. Тогда они были представлены литьем и кузнечным делом. «Осовременивание» началось после открытия такого явления как электрическая дуга. Дополнительный толчок развитие сварочного дела получило с изобретением порошкового покрытия для электродов. А вот основной скачок выпал на конец 20-го века, когда стали доступны лазерные, ультразвуковые и плазменные технологии. Внедрение электроники позволило автоматизировать сварочный процесс, увеличить точность выполнения работ и производительность.

В настоящее время разделяется три вида сварки, которые отличаются между собой используемым для выполнения работ типом энергии:

• термический;
• механический;
• термомеханический.

Термическая сварка

Для выполнения сварочных работ потребуется тепло. Под воздействием высоких температур стыки соединяемых заготовок оплавляются и, остывая, скрепляются между собой, а впоследствии кристаллизируются. В качестве источника тепла служит пламя газовой горелки, электрическая дуга или поток плазмы.

Электродуговая контактная сварка

Наибольшее распространение получили именно аппараты электродуговой сварки. Для нагрева и плавки металла задействуется электрическая дуга, которая представляет собой разряд между катодом и анодом. При этом освобождается тепловая энергия большой мощности. Воздействуя на металлическую заготовку, она приводит к ее плавлению с последующим образованием сварочной ванны.

После угасания дуги немедленно начинается остывание и кристаллизация расплава. В результате образуется соединение по составу и прочности сопоставимое с металлами, которые сваривались. Существует несколько видов электродуговой сварки.

ММА – ручная дуговая сварка

Используется со штучными электродами, представляющими собой металлический стержень с обмазкой. Процесс протекает под воздействием постоянного или переменного тока. Покрытие расходников плавится, выделяя газы, которые образуют облако для защиты свариваемого металла от окисления. Помимо этого, в обмазку включаются разные химические соединения, которые служат в качестве добавки в сварочную ванну для изменения свойств сварочного шва и поддержки стабильного горения электрической дуги.

Аппараты – инвертеры, выпрямители, трансформаторы – позволяют выполнять работы в любом пространственном положении. Если подобрать расходные материалы правильно, то можно сваривать любые металлы: черные, цветные, легированные и т.п. Важно подчеркнуть, что держатели могут проникать в труднодоступные места, где использование другого вида сварки невозможно.

Сварка ММА подходит и для профессионалов, и для новичков. Она широко используется в строительстве, монтаже металлоконструкций, в разных отраслях тяжелой промышленности, в частном предпринимательстве. Она необходима для небольшой мастерской по изготовлению металлоконструкций, станции технического обслуживания автомобилей, большого машиностроительного завода. Она незаменима в хозяйстве, когда требуется сконструировать что-то из металла самостоятельно или отремонтировать прохудившийся металлический каркас.

Аргоновая сварка TIG

Применяются электроды вольфрамовые, неплавящиеся, графитовые, угольные. В качестве инертного газа используется аргон, азот, гелий или смесь из этих газов в зависимости от соединяемых металлов. Процесс характерен тем, что сварной шов состоит исключительно из металлов заготовок. Добавляется только присадка – металлический пруток или полоса, по своему составу идентична свариваемым металлам. Инертные газы необходимы для защиты рабочей зоны от атмосферного воздуха, чтобы исключить окисление металла и обеспечить стабильность горения электрической дуги.

В процессе выполнения сварочных работ используется переменный или постоянный ток. Сравнительно низкая производительность компенсируется за счет высокого качества сварного соединения. Процесс характеризуется высокой трудоемкостью и требует от специалиста большого практического опыта. Использование TIG оправдано в случаях, когда требуется наложить ответственный шов, который должен выдержать высокие нагрузки, или в случаях, когда большое внимание уделяется эстетической стороне вопроса.

Аргоновая сварка востребована для герметизации нефте- и газопроводов, резервуаров для пищевой промышленности, посуды; при изготовлении сосудов высокого давления или микросхем. Она незаменима для соединения тонкостенных заготовок и листовых материалов. Сварка позволяет работать с большим перечнем металлов: нержавеющая, углеродистая, легированная сталь; магний, титан, медь.

MAG –сварка полуавтоматом

В качестве присадочного материала используется проволока, которая подобно электроду плавится под воздействием высокой температуры. Проволока поступает в рабочую зону через горелку, куда параллельно подается инертный или активный газ. Состав защитного газа напрямую зависит от типа свариваемого металла. Работает исключительно с постоянным электрическим током. Во время применения активных газов образуется много брызг, а шов получается неаккуратным. Но это с лихвой компенсируется высокой производительностью установки.

Такого рода оборудование пользуется большой популярностью среди профессионалов и большой аудитории любителей. Отчасти из-за автоматической подачи расходного материала в зону сварки и возможности электронной регулировки настроек. Технология особенно популярна в европейских и североамериканских специалистов. Полуавтоматы сваривают широкий спектр металлов: сталь низколегированную и высоколегированную, большинство марок чугуна; марганец, медь, алюминий, никель, а также их сплавы. Оборудование позволяет выполнять самые сложные разнотипные соединения.

Сварка под флюсом

При сваривании металлических заготовок применяются разные флюсовые порошки. Они необходимы для того, чтобы обеспечить рабочую область защитным газом, который выделяется в процессе плавления. Благодаря наличию флюса не только защищается расплав, но и поддерживается стабильное горение электрической дуги. Подбором флюса специалисты добиваются нужных характеристик сварного шва.

Метод активно используется в промышленном производстве и характеризуется полной автоматизацией: от подачи флюса в зону горения до перемещения оборудования вдоль стыка. Технология применяется в процессе изготовления корпусов морских судов, фюзеляжей самолетов, локомотивов и вагонов, башенных кранов, модулей спутников и множества иного оборудования. На выходе получается очень качественный сварной шов, который легко выдержит самые сложные условия эксплуатации, включая экстремальные температуры и огромное давление.

Газоплазменная

В этом случае металл заготовок плавится под воздействием температуры открытого пламени. Оно образуется в результате горения кислорода с горючими газами – водородом, пропаном, бутаном, ацетиленом и другими. Самой эффективной считается МАФ – метилацетиленовая фракция. Она отличается высокой температурой пламени (2927 градусов) в кислороде и, соответственно, более высокой теплоотдачей. Соединение кислорода и МАФ уступает по токсичности дициану (температура горения 4500 градусов) и менее взрывоопасно по сравнению с ацетилендинитрилом (температура горения 5000 градусов).

Открытое пламя в качестве источника тепла для сварки имеет важное преимущество: оно независимо от энергоснабжения. Поэтому технология широко применяется в «полевых» условиях. Еще одно достоинство заключается в постепенном нагревании металла, что практично при работе с листовыми материалами. Метод непригоден для промышленного использования из-за невозможности автоматизации и низкой производительности. Для работы с такой сваркой от оператора требуется большой стаж сварочных работ.

Электрошлаковая

Кромки деталей плавятся за счет нагрева шлака от расплавленного под воздействием электроэнергии флюса, который предварительно насыпается между свариваемыми элементами. Во время процесса применяется проволока или присадочный пруток. Технология востребована для соединения деталей из чугуна, реже – для сварки цветных металлов.

Данный тип сварки востребован в промышленности для соединения крупногабаритных деталей с толстыми стенками (40-500 мм): роторные и турбинные валы, опоры, паровые котлы и т.д. Экономическая выгода от такого метода сварки тем выше, чем больше площадь свариваемой поверхности.

Плазменная

Плавит и соединяет кромки струя плазмы, которая генерируется в плазмотроне или между поверхностью заготовок и электродом. Метод отличается большой глубиной обработки деталей и высокой точностью сваривания. Она востребована для соединения как мелких и тонкостенных элементов электротехнических конструкций, так и крупных блоков для тяжелой промышленности. Плазма эффективно воздействует на все без исключения виды металлов.

Помимо рассмотренных к термическим видам сварки относится:

• лазерная;
• контактная стыковая с оплавлением;
• электролучевая;
• с закладными нагревателями.

Термомеханический класс сварки

Контактная сварка: метод характеризуется одновременным нагревом кромок соединяемых заготовок и их деформированием под давлением. Точечная сварка: выполняется при помощи специальных аппаратов или малогабаритными клещами. Обе детали закрепляются между анодом и катодом, через которые пропускается ток. В результате заготовки разогреваются в конкретном месте. После разогрева подача тока прекращается и усиливается давление электродов в месте температурного воздействия. Локальный расплав постепенно кристаллизуется и в результате получается прочное точечное соединение.

Точечная сварка может быть:

• односторонней – оба электрода располагаются по одну сторону заготовок;
• двухсторонней – электроды размещаются с разных сторон заготовок один напротив другого.

К недостаткам сварки специалисты относят то, что сваривание заготовок возможно только внахлест. Характеризуется высокой производительностью и возможностью автоматизации.

Точечная сварка широко применяется в автомобилестроении: конвейеры по всему миру используют именно данный тип соединения кузовных элементов. Клещи для точечной сварки отличаются компактностью и мобильностью. Они применяются в мелких мастерских и в домашних условиях. Однако они востребованы и на крупных СТО для выполнения разного рода кузовных работ.

К термомеханическому типу относятся также рельефная и стыковая сварки. Все остальные виды термомеханической сварки не стали популярными и не получили широкого распространения. Это:

• диффузная – соединение неоднородных металлов в условиях вакуума или в среде защитных газов;
• кузнечная – металлы соединяются в результате пластичной деформации;
• за счет высокочастотного тока;
• трением.

Определив особенности сварочного процесса, специалист легко сможет выбрать подходящий сварочный аппарат с учетом его технических показателей. Большинство сварочных процессов легко автоматизируются, дают возможность сформировать надежный и эстетичный сварочный шов, характеризуются невысокой себестоимостью и небольшими временными издержками.

Источник