Вид или способ сварки

Краткая классификация основных типов сварки

Содержание:

Сварка, как технологический процесс, была известна еще в VII веке в виде кузнечной ковки и литьевого соединения. Бурная ее эволюция началась с открытия электрической дуги и последующего изобретения покрытых электродов. Основной скачок развития пришелся на конец ХХ века в связи с внедрением в производство лазерных, плазменных и ультразвуковых технологий. Широкое развитие электроники позволило сделать сварочный процесс автоматизированным, высокоточным и высокопроизводительным. В ходе развития выделилось три основных вида сварки в зависимости от типа энергии используемой для выполнения соединения:

• термический,
• термомеханический,
• механический (представлен холодной, взрывной и ультразвуковой сваркой).

Термический вид сварки

Сварка данного вида осуществляется с помощью тепла. Воздействие высоких температур приводит к плавлению стыковых поверхностей соединяемых деталей и их скреплению при последующей кристаллизации. Источником тепла может служить электрическая дуга, газовое пламя или плазменный поток.

Электродуговая

Эта сварка получила наиболее популярна. Для нагрева контактирующих поверхностей и последующего их расплавления используется электрическая дуга — разряд, возникающий между концом электрода и соединяемой металлической поверхностью при прохождении электрического тока. Тепловая энергия тока высвобождается в электрическую дугу и обуславливает ее высокую температуру. Воздействие на металл приводит к его ограниченному расплавлению и образованию сварочной ванны из жидкого металла. При остывании происходит кристаллизация жидкого металла и образование соединения, имеющего состав и прочность, аналогичную соединяемым частям.

Виды электродуговой сварки:

• Ручная дуговая сварка(ММА, manual metal arc) выполняется с использованием штучных электродов имеющих различное специальное покрытие (обмазку). Этот процесс может протекать с использованием постоянного (DC) или переменного (АС) тока. Разное покрытие электродов образует при своем расплавлении газовое облако для защиты зоны сварки от воздуха, обеспечивает попадание химических добавок в сварочную ванну для изменения свойств металла в области шва и стабильность самой электрической дуги. Сварка этим методом возможна во всех пространственных плоскостях, применяются сварочные трансформаторы, выпрямители и инверторы.
  Этот метод, при условии правильного подбора электродов, позволяет сваривать все виды металлов («черные», «цветные», любой степени легированности), делает возможной работу в труднодоступных местах.
  Сварка ММА может стать выбором, как профессионального работника, так и новичка. Она находит широкое применение в строительстве и монтаже металлоконструкций, в различных направлениях тяжелой промышленности. Это может быть выбором слесарной мастерской по изготовлению металлических дверей, машиностроительного завода или обычного дачника, решившего своими руками сделать решетки к подвальным оконным проемам.
• Аргонная сварканеплавящимся электродом в среде инертного газа (TIG, tungsten inert gas). Встречаются вольфрамовые, угольные и графитовые неплавящиеся электроды. Инертный газ — аргон, гелий, азот или смеси этих газов, в зависимости от соединяемого металла. При таком процессе сварной шов образуется только из металла соединяемых деталей, либо с добавлением присадки, в качестве которой используются металлические прутья и полосы. Наличие инертных газов или их смесей в зоне сварки защищает металл шва от вредного воздействия компонентов воздуха и поддерживает стабильность электрической дуги. Такая сварка может протекать с использованием переменного и постоянного тока. Низкая производительность сочетается с высоким качеством получаемого шва. Рабочий процесс трудоемкий и требует от оператора развитых профессиональных навыков.
  TIG сварка используется при необходимости получения ответственных швов, выдерживающих высокие нагрузки и имеющих приемлемый эстетический вид.
  Это может быть сварка газо- и нефтепроводов, сосудов высокого давления, предметов для пищевой промышленности, микросхем в электротехнической отрасли.
  Она незаменима при работе с тонкостенными металлическими конструкциями и листовым металлом (до 6 мм), с нержавеющей, легированной, углеродистой сталью, медью, титаном, магнием.
• Полуавтоматическая сваркаплавящимся непрерывным электродом в среде инертного (MIG, metal inert gas) или активного (MAG, metal active gas) газа. Роль электрода выполняет плавящаяся под действием тока проволока, автоматически подающаяся в зону сварки. Проволока поступает в специальную горелку, туда же осуществляется доставка защитного инертного или активного газа. Состав газовой защиты зависит от типа свариваемого материала. Такая сварка возможна только при постоянном электрическом токе. Высокая ее производительность компенсирует неаккуратность шва и разбрызгивание, возникающее при использовании в качестве защиты активных газов (углекислый газ, кислородные смеси). Автоматическая подача проволоки в зону сварной ванны и возможность электронной регулировки рабочих настроек в аппаратах, делают ее популярной как среди профессионалов, так и у новичков сварочного дела.
  Такой метод получил широчайшее распространение в европейских и североамериканских странах. Он позволяет работать с низколегированными и высоколегированными сталями, со многими видами чугуна, алюминием, медью, никелем, марганцем и их сплавами, выполнять соединение разнотипных металлов.
• Сварка под флюсом. При соединении деталей используется различный по химическому составу флюсовый порошок, покрывающий защитным слоем сварную ванну и область остывающего сварного шва. При термическом разрушении порошковых частиц происходит выделение защитного газа для обеспечения стабильности дуги и высокого качества сварки. Меняя виды флюса, добиваются определенных свойств металла в месте стыка.
  Такой метод, чаще всего, имеет промышленное применение и полностью автоматизирован от подачи флюса до перемещения самого сварочного аппарата. Изготовление корабельных корпусов, авиационных фюзеляжей, железнодорожных вагонов и локомотивов, роторов и турбин, спутниковых модулей и башенных кранов. Любые металлы подвергшиеся такому виду сварки выдерживают самые тяжелые условия эксплуатации, огромные перепады давления и температуры.

Газоплазменная

При данном виде сварки расплавление металла осуществляется под воздействием пламени, образующегося в результате горения кислородных смесей горючих газов. Для этого используются ацетилен, бутан, пропан, керосин, бензин, водород. Наиболее эффективным считается применение МАФ (метилацетиленовая фракция), так как она имеет высокую температуру горения (2927 С) в кислороде и хорошую теплоотдачу. Это соединение не так токсично, как дициан (4500 С) и не так взрывоопасно, как ацетилендинитрил (5000 С).

Использование в качестве источника тепла газового пламени делает этот вид сварки независимым от наличия электропитания. Потому она находит широкое применение в полевых условиях, но непригодна к автоматизированной промышленной эксплуатации, в связи с низкой производительностью.

Так же одним из ее преимуществ является постепенный регулируемый нагрев металла, что удобно при работе с листовым металлом. Использование такой сварки требует от оператора большого опыта сварочных работ.

Электрошлаковая

Расплавление кромок соединения при этом виде сварки происходит за счет нагрева шлака от расплавленного электрическим током флюса, который засыпается в проем между двумя деталями. При данном процессе используется присадочный прут или проволока. Основным материалом для сварки служат все виды сталей и чугуна, реже цветные металлы.

Этот вид сварки имеет большое промышленное значение и используется для сварки толстостенных (40-500 мм и более) крупногабаритных деталей: турбинных и роторных валов, паровых котлов и опор. Чем больше площадь свариваемой поверхности, тем выше экономическая выгода от такого метода сварки.

Плазменная

Для расплавления кромок и соединения металлических деталей используется струя плазмы, образующаяся в плазматроне или между электродом и поверхностью металла. Такая сварка характеризуется тонким точным швом и большой глубиной проплавления. Поэтому, ее применяют для соединения тонкостенных и мелких деталей в электротехнической отрасли, массивных и габаритных заготовок и конструкций в тяжелой промышленности, в строительстве и монтаже. Действию высокотемпературной струи плазмы подвержены любые виды металлов.

Кроме выше перечисленных, к термическим видам соединения относятся:

• лазерная сварка (используется лазерный луч),
• электронно-лучевая сварка (применяется электронно-лучевая пушка в условиях вакуума),
• сварка с закладными нагревателями (для сварки полиэтиленовых труб используя нагревательные элементы),
• контактная стыковая сварка оплавлением (в качестве источника теплоты выступает нагревательный элемент с фторопластовым покрытием).

Термомеханический вид сварки

Контактная сварка характеризуется нагревом соединяемых деталей и обоюдным деформированием под давлением. Точечная сварка выполняется с помощью аппаратов точечной сварки либо малогабаритными клещами. Две детали закрепляются между электродами, через них пропускается электрический ток, что приводит к локальному разогреву металла. После этого электрический ток отключают и усиливают давление электродов на обе детали. Кристаллизация локального расплавленного металла ведет к получению точечного сварного соединения. Существует односторонняя (оба электрода на одной поверхности) и двухсторонняя (электроды расположены на двух свариваемых деталях) точечная сварка. Недостатком такой сварки является возможность выполнения только нахлестного соединения. Отличается высокой производительностью и возможностью ее автоматизации.

Точечная сварка находит широкое применение в автостроительной промышленности. По всему миру автосборочные конвейеры работают с применением именно этого вида сварки. Компактные и мобильные клещи для точечной сварки используют в условиях индивидуальных гаражей и мелких автомастерских для рихтовочных работ. Крупные автосервисы и станции технического обслуживания применяют эту сварку для выполнения обширного спектра работ по кузовному ремонту.

Так же к этому типу относятся различная стыковая и рельефная сварка.Остальные виды термомеханической сварки не получили такого широкого распространения. К ним относится диффузная (соединение композитных и неоднородных металлов в вакууме или в среде защитных газов), кузнечная (соединение разогретых металлов возникает за счет пластичной деформации), сварка высокочастотными токами (пропуск токов высокой частоты через соединяемые детали) и трением (вращение деталей друг относительно друга).

Определив разновидность необходимого вам сварочного процесса, вы с легкостью сможете подобрать нужный сварочный аппарат, учитывая его индивидуальные характеристики. Сварочный процесс позволяет экономить металл на 30% и более, легко автоматизируется, отличается надежностью и герметичностью шва, низкой себестоимостью работ и небольшими затратами времени.

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