Способы сварки металлов плавлением

Сварка плавлением. Шесть основных видов по источникам теплоты, их характеристика и применение

Под термином «сварка плавлением» подразумевается термический процесс, проводимый способом оплавления соединяемых поверхностей без их сжатия с добавлением расплавленного присадочного металла (вводится при необходимости в сварочную ванну к основному металлу).

Сварка подходит для всех металлов и сплавов, включая те, которые при нагреве сразу принимают жидкое состояние (бронза, сплавы литейные магния и алюминия, чугун). Можно использовать для соединения неметаллических материалов – керамики, стекла, графита.

ГОСТы

Термины, определения, требования и другие сведения, касающиеся сварки плавлением, прописаны в ГОСТах, которые обязательны к выполнению. Перечень некоторых стандартов:

1. Процессы сварки: ГОСТ 11969-79 — главные положения, обозначения сварки плавлением.
2. Контроль качества: ГОСТ Р ИСО 5817-2009 – уровни качества сварных соединений из стали, никеля, титана и их сплавов (без учета лучевых способов сварки).
3. ГОСТ Р ИСО 3834-(1, 2, 3, 4)-2007, ГОСТ Р ИСО 3834-5-2010, ГОСТ Р 55143-2012 – сварка плавлением металлических материалов, требования к качеству.
4. Дефекты соединений: ГОСТ 30242-97 – классификация, определения, обозначение.
5. Методы испытаний: ГОСТ 26388-84, ГОСТ 26389-84 – методы испытаний сварных соединений на сопротивляемость образованию трещин.

Виды и характеристика

Сварка плавлением относится к термическому классу и включает формы, выполняемые с применением тепловой энергии.

В зависимости от источника нагрева существуют следующие виды:

1. Дуговая.
2. Электрошлаковая.
3. Лазерная.
4. Газовая.
5. Плазменная.
6. Электронно-лучевая.

Дуговая

Электродуговая сварка – распространенный вид. Применяется в быту, мелкомасштабном производстве, промышленности. Ее действие основано на получении тепла с помощью дугового разряда, который возникает между электродом и свариваемым металлом. Источник энергии – постоянный или переменный ток.

Под воздействием тепла торец электрода и кромки соединяемых деталей расплавляются, образуется сварочная ванна, некоторое время находящаяся в расплавленном состоянии. Сварное соединение образуется после затвердевания металла.

Виды дуговой сварки зависят от факторов:

• типа дуги – прямого действия (зависимая) или косвенного действия (независимая);
• степени механизации процесса — ручная, полуавтоматическая, автоматическая;
• вида тока и полярности — постоянный ток прямой (на электроде – минус) или обратной (на электроде – плюс) полярности или переменный ток;
• степени защиты участка проводимых работ от атмосферного воздействия – без защиты (голый или со стабилизирующим покрытием электрод), с защитой (шлаковой, шлакогазовой, газовой, комбинированной);
• свойств электрода – сварка плавящимся или неплавящимся электродом.

Плавящимся электродом

Является разновидностью дуговой сварки, при которой электрод расплавляется и служит присадочным материалом. Образование сварного шва происходит в результате расплавления электрода и кромок металла.

Плавящиеся электроды бывают медными, стальными, алюминиевыми.

Неплавящимся электродом

Это процесс, выполняемый с использованием не расплавляющегося во время сварки электрода. Заполнение шва происходит металлом свариваемых деталей. Неплавящиеся электроды представляют собой стержни из электропроводящего материала (угольный, вольфрамовый или графитовый).

Примерная стоимость вольфрамовых электродов на Яндекс.маркет

Действие требует введения в сварочную ванну присадочной проволоки. При работе с химически активными металлами используют сварку в защитных газах (аргон, гелий, их смесь). Способ находит применение в нефтеперерабатывающей, химической, пищевой, теплоэнергетической, автомобилестроительной сферах. Подходит для соединения цветных металлов и наплавки твердых сплавов.

Электрошлаковая

Источником нагрева служит тепло, которое выделяется в жидкой ванне при прохождении электрического тока через расплавленный шлак (флюс).

Принцип действия заключается в прохождении электрического тока по электроду, расплавленному шлаку, основному металлу. Этим обеспечивается расплавление базисного и присадочного металлов и специального флюса, постоянно поступающего в ванну.

Примерная стоимость сварочного флюса на Яндекс.маркет

• по виду электрода (проволочный, пластинчатый, плавящийся мундштук);
• по числу электродов (одно-, двух-, многоэлектродная);
• по наличию колебаний электрода (без колебаний, с колебаниями).

Электрошлаковый способ сваривания применяют при соединении деталей, имеющих толщину 15-600 мм.

Лазерная

Для нагрева используется энергия излучения лазера. Процесс состоит в расплавлении кромок металла лазерным лучом. Его образование происходит от источника света, получаемого вследствие излучения фотонов возбужденными атомами.

Поток лазерного излучения направляется в фокусирующую систему, превращается в пучок меньшего размера и отправляется на свариваемые детали. Луч проникает в материал, поглощается, нагревает его и расплавляет, в результате чего формируется сварной шов.

• микросварка;
• минисварка;
• макросварка.

Применяется для соединения нержавеющей стали, титана, алюминия, элементов автомобилей, в радиоэлектронике, электронной технике. Точечная сварка — при ремонте оправ очков, ювелирных украшений.

Газовая

Источник нагрева — тепло пламени газов, сжигаемых в кислороде, с использованием горелки. Выделяемое тепло оплавляет поверхность свариваемых деталей и присадочный материал, образуя сварочную ванну – металл шва в жидком состоянии.

Виды горючих веществ, смешиваемых с кислородом:

• ацетилен;
• водород;
• бутан;
• пропан;
• бензин.

Благодаря медленному и плавному нагреву металла, газовую сварку применяют для соединения деталей из чугуна, цветных металлов, инструментальной стали. Используют для твердой пайки, наплавочных и ремонтных работ.

Плазменная

Нагрев осуществляется с помощью сжатой дуги. Энергоносителем служит электрический разряд. Источник нагрева – плазма, высокотемпературный ионизирующийся газ. Для самопроизвольной ионизации необходима температура более 5500° С.

Принцип действия плазменной сварки основан на процессе расплавления металла потоком плазмы, генерируемым сжатой дугой, расположенной в плазмотроне. Дуга обдувается газом, который нагревается и ионизируется. В результате заряженные частицы газа превращаются в направленный поток плазмы, который выдувается соплом плазмотрона.

Применяют в приборостроении, авиационной промышленности, для соединения молибдена, вольфрама, сплавов никеля, нержавеющих сталей.

Благодаря глубокому проплавлению металла, возможна сварка листовых металлов с толщиной до 9 мм.

Электронно-лучевая

Источник нагрева – энергия ускоренных электронов сфокусированного электронного луча, который формируется электронной пушкой. Процесс сварки проводится в вакуумной камере с помощью электронного луча.

Плавление металла происходит вследствие энергии, полученной в результате интенсивной бомбардировки быстро передвигающимися в вакууме электронами места сварки. Кинетическая энергия электронов после их удара о поверхность деталей превращается в тепловую. Металл плавится, и образуется сварочный шов.

Метод применяется в авиационной, космической отрасли, приборостроении.

Источник

Классификация основных видов сварки плавлением

Не всегда получается изготовить цельные конструкции, а использование массивной заготовки нецелесообразно ввиду образования большого количества отходов. В этом случае применяют сварку плавлением. Способ подходит для обработки любых материалов, меняющих свое состояние при нагревании. В некоторых случаях применяется термитная сварка.

Сварку плавлением применяют в тех случаях, где не всегда получается изготовить цельные конструкции.

Особенности сварки плавлением

Спецификой технологии является создание цельной конструкции, в том числе с применением деталей из разнородных металлов. Для этого требуется только нагрев, способствующий расплавлению материала. Электроды или присадочную проволоку выбирают с учетом свойств свариваемых металлов.

Суть процесса

Принцип действия заключается в использовании мощного источника энергии, передающего тепло сварочной ванне. В рабочую зону подается расплавленная проволока, которая при остывании представляет собой сварной шов. Путем перемещения горелки увеличивают обрабатываемую зону, одновременно добавляют присадочный материал. По мере охлаждения расплав кристаллизуется, образуя прочное соединение. Процесс возбуждения электрической дуги протекает в 3 этапа:

• электродом касаются заготовки, возникает короткое замыкание, нагревающее кончик;
• стержень отводят на нужное расстояние, которое определяют опытным путем;
• поддерживают стабильное горение дуги.

Некоторые аппараты снабжены функцией бесконтактного розжига. Для этого используется специальное устройство – осциллятор.

Сферы применения

Способ широко распространен в строительстве. Его используют для надежного соединения металлических элементов: листов, профильных и стандартных труб. Однако сфера применения не ограничивается строительством. Технология распространена в автомобиле- и самолетостроении, других отраслях науки и техники.

Самолетостроение – одна из отраслей, где применяется сварка плавлением.

Классификация основных видов сварки плавлением

В зависимости от способа передачи тепла методы делятся на газовые и электрические. Последняя технология, в свою очередь, имеет несколько разновидностей.

Плазменная

Для нагрева используется укороченная дуга. Носителем энергии является электрический разряд. Металл разогревается благодаря воздействию ионизирующего газа. Для запуска процесса требуется повышение температуры до +5500 °С. Принцип действия метода основан на расплавлении материала потоком плазмы, вырабатываемой плазмотроном. Дуга окружена газом, который быстро ионизируется. Заряженные частицы формируют направленный поток. Метод применяют для сварки заготовок из:

• вольфрама;
• молибдена;
• никелевых сплавов;
• нержавеющих сталей.

Плазменная сварка может использоваться для соединения и резки металлических листов толщиной до 1 см.

Плазменная сварка.

Газовая

Сварка с плавным нагревом используется для скрепления медных, алюминиевых, чугунных, стальных заготовок. Расстояние между соединяемыми деталями заполняют присадочным материалом, который плавится вместе с краями элементов конструкции. Стык прогревают горелкой, пламя в которой образуется при поджигании смеси кислорода и другого газа:

• водорода;
• пропана;
• бутана;
• ацетилена;
• бензиновых или керосиновых паров.

Газовая сварка.

При газовой сварке не используется электрическая энергия, поэтому работы можно выполнять в любых условиях. Недостатком считается невозможность скрепления толстых деталей.

Дуговая

Нагрев металла осуществляется за счет дуги, возникающей при прохождении тока через детали и электрод. Из расплавленных краев заготовок и присадочного материала формируется сварочная ванна. После остывания жидкого металла образуется сварной шов. Способы дуговой сварки классифицируют по таким характеристикам :

• вид электрода (неплавящийся, плавящийся);
• тип тока (постоянный, переменный, с прямой или обратной полярностью);
• уровень механизации (автоматическая, ручная, полуавтоматическая);
• вид дуги (прямая или косвенная);
• способ защиты рабочей зоны (флюсы, использование покрытых электродов или инертного газа).

Присадочный материал должен быть выполнен из того же металла, что и заготовка. При невозможности определения марки стали приобретают переходные электроды. Их же используют для сварки деталей из разнородных сталей. В качестве неплавящихся электродов применяют угольные, вольфрамовые или графитовые стержни.

Лазерная

Разогрев кромок происходит под воздействием луча. Лазерная сварка считается самым точным методом формирования сложных конструкций.

Для снижения стоимости работ в промышленных условиях лазерный поток делят на несколько частей, нагревающих множество стыков. В домашних мастерских используют компактные установки, формирующие швы с поверхностным или глубоким плавлением.

Лазерная сварка подходит для работы с драгоценными и цветными металлами, нержавеющей сталью, титаном. К преимуществам метода относятся:

• отсутствие нагрева прилежащих к шву областей, минимизирующее вероятность деформации;
• возможность работы в труднодоступных местах;
• перевод аппарата в режим резки без использования дополнительных модулей;
• возможность работы без газовой среды и флюса.

Лазерная сварка.

Недостатками считают низкий КПД, высокую стоимость оборудования.

Электрошлаковая

Для плавления металла используется энергия, выделяемая при прохождении тока через слой жидкого шлака. Заготовки устанавливают вертикально, с небольшим расстоянием.

Проволока подается в зазор через мундштуки, подключенные к источнику питания.

Сварочная ванна поддерживается ползунами. Они перемещаются по мере формирования шва. Электрошлаковая сварка применяется для соединения габаритных элементов из никелевых, медных и титановых сплавов. Преимуществом считается формирование шва любой толщины за 1 проход.

Электрошлаковая сварка.

Индукционная

Заготовка нагревается под воздействием электромагнитной индукции. Для этого применяют высокочастотные токи, проникающие в металл. Шов формируется за несколько секунд. Длительность нагрева не зависит от толщины заготовок или теплопроводности материала. Такая сварка чаще всего применяется для соединения элементов стальных трубопроводов.

Индукционная сварка.

Электронно-лучевая сварка

Источником высокой температуры становится сфокусированный луч, вырабатываемый специальной пушкой. Процесс ведется в вакуумной камере. Плавлению способствует интенсивная бомбардировка металла движущимися с высокой скоростью электронами. Кинетическая энергия частиц при ударах преобразуется в тепловую. Металл расплавляется, образуется шов. Метод распространен в приборостроении, авиации, космической отрасли.

Электронно-лучевая сварка.

Технологии сварки плавлением

Процесс соединения деталей при использовании любого способа включает такие этапы:

1. Подготовка элементов. Края очищают от жировых следов и коррозии, срезают кромки с учетом толщины.
2. Установка деталей в нужное положение и их фиксация.
3. Розжиг дуги (при использовании некоторых методов). В других случаях выполняют нагрев деталей иным способом.
4. Формирование шва. После остывания соединение очищают от шлака.

Виды применяемых электродов

Чаще всего используют стержни, покрытые специальной оболочкой. В процессе сварки обмазка плавится, образующийся при этом флюс защищает шов от попадания воздуха. При использовании неплавящихся электродов оболочка не нужна. Для защиты сварочной ванны применяется инертный газ. При работе со сталью выбирают прутки из того же материала с идентичной степенью легирования.

Стандарты и требования

Процесс сварки плавлением регулируется следующими документами:

• ГОСТ 11969-79 (основные термины и обозначения);
• ГОСТ Р ИСО 5817-2009 (требования к качеству шва);
• ГОСТ Р 55143-2012 (параметры сварки);
• ГОСТ 30242-97 (описание и способы устранения дефектов).

Предъявляемые к швам требования зависят от назначения конструкции. Однако соединения должны иметь показатели твердости и прочности, приближенные к таковым у цельных элементов.

Методы контроля качества

При работе с конструкциями, не относящимися к категории ответственных, ограничиваются визуальным осмотром. Шов очищают от шлака и оксидного налета, снимают фиксаторы. Соединение должно быть равномерным, мелкочешуйчатым, иметь одинаковую ширину по всей протяженности. Сквозные отверстия, наплывы или посторонние включения должны отсутствовать. Для проверки ответственных конструкций применяют:

• радиационный метод;
• ультразвуковую дефектоскопию;
• магнитный контроль;
• капиллярный метод.

Дополнительная информация

Способ сварки плавлением выбирают с учетом поставленных задач. При частой работе на улице применяют газовую горелку или переносной дуговой аппарат. Полуавтоматическое оборудование подходит для сварки на месте. В промышленных условиях применяются автоматические агрегаты.

Источник