Сварка плавлением: используемые методы

СОДЕРЖАНИЕ

• Суть сварки плавлением
• Способы сварки плавлением
• Газовая
• Электродуговая
• Плазменная
• Лазерная
• Электронно-лучевая
• Индукционная
• Электрошлаковая
• Типы применяемых электродов
• Используемые стандарты
• Требования к сварочным швам
• Контроль качества произведенных работ

Суть сварки плавлением

При сварке в месте обработки смешиваются расплавленные металлы, что дает прочное и неразборное соединение. С учетом необходимости создать высокую температуру, пусть даже на маленькой площади ванны сварки, здесь требуется мощный источник тепловой энергии.

В процессе сварки плавлением обычно используются электрод и специальная проволока, которые вместе с доведенным до жидкого состояния металлом образуют сварочную ванну. Мастер перемещает источник энергии и ванну вдоль краев соединяемых изделий, по мере необходимости добавляя присадочный материал. Остыв, металл в ванне кристаллизуется, что дает прочный сварной шов.

Чаще всего сварка металлов плавлением производится с помощью высокотемпературной дуги, и ее розжиг происходит следующим образом. Сначала электродом касаются поверхности заготовки, что дает короткое замыкание, нагревающее металл. Далее нужно отвести конец электрода от детали на небольшое расстояние, обеспечивающее устойчивость электрической дуги. Размер этого зазора подбирается опытным путем – он должен быть достаточным для испускания электронов, или электронной эмиссии.

Кончик электрода плавится, попадая в сварочную ванну и смешиваясь с металлом заготовки. При дуговой сварке плавлением могут использоваться присадочные материалы в виде прутьев, проволоки, которые заполняют пустоты и усиливают получаемый шов.

Существует также бесконтактный розжиг, когда применяется осциллятор-стабилизатор сварочной дуги. Осциллятор дает ток высокого напряжения и частоты, и благодаря ему пробивается расстояние между электродом и поверхностью детали. Электроды также бывают разные, в том числе несгораемые, которые делаются из графита или вольфрама.

Читайте также: «Обработка металла на токарном станке»

Особенность процесса сваривания заключается в том, что таким образом можно соединять разные материалы, которые сплавляются в единое целое. Разумеется, необходимым условием сварки является получение температуры плавления для всех металлов, задействованных в этом процессе, кроме «несгораемых» электродов, которые для перехода в жидкое состояние требуют более сильного нагревания. Исходя из того, с какими заготовками придется работать, сварщик выбирает электрод и при необходимости присадочную проволоку.

У всех металлов есть показатель свариваемости, определяющий, каковы будут свойства полученного сплава. Чаще всего сварке подвергаются различные виды стали, медь, алюминий и другие металлы, включая титан. Кроме того, она применима в отношении неметаллических материалов – так можно соединить керамику, стекло, графит.

Способы сварки плавлением

Есть достаточно много видов сварки плавлением, объединяемых в классы – термический, термомеханический и механический. Наиболее распространена электрическая и газовая сварка плавлением.

Газовая

Газ при горении обеспечивает высокую температуру, доводя металлы до плавления и соединяя их друг с другом. Для питания пламени горелки используются ацетилен, бутан, пропан, водород, пары керосина или бензина. Такой способ применим для сварки изделий из стали, чугуна, цветных металлов. Обычно при этом в зону нагрева подается присадочная проволока, участвующая в процессе сваривания.

Так как здесь не требуется электрического оборудования, то газовая сварка плавлением может производиться в любом месте. Однако у нее есть и недостатки – горелкой сложно обеспечить высокую скорость нагревания металла, поскольку значительная часть тепловой энергии теряется, выходя за пределы рабочей зоны. Поэтому для заготовок толщиной больше 5 мм газовая сварка неэффективна.

Электродуговая

Электродуговой способ основан на том, что электрическая дуга создает высокую температуру, делая возможной сварку плавлением. Дуга возникает, когда ток проходит через электрод и поверхность детали. В месте нагревания образуется сварочная ванна – это расплавленный металл, включающий в себя наконечник электрода, заготовку и присадочный материал. После застывания сплав становится сварным швом. Есть классификации электродуговой сварки плавлением по разным параметрам:

• вид тока ? переменный, постоянный и пульсирующий; при этом бывает разная полярность – прямая и обратная;
• тип электрода ? плавящийся или неплавящийся;
• уровень механизации ? по данному показателю сварка может быть ручной, полуавтоматической и автоматической;
• вид дуги ? обычно она находится между металлом и электродом и называется дугой прямого действия, но еще есть косвенная дуга – между двумя электродами, а также комбинированная;
• способ защиты рабочей зоны ? защита может обеспечиваться инертным газом, флюсом, покрытием электрода.

Читайте также: «Гибочные прессы»

Электроды и присадочные материалы подбираются так, чтобы по своему химическому составу они соответствовали металлу изделия.

Плазменная

Здесь дуговой разряд представляет собой плазменную струю, выходящую из плазмотрона. В качестве рабочих материалов в плазматроне используется аргон, азот или воздух: струя газа ионизируется и выходит наружу в виде потока плазмы. Плазматрон позволяет получить сверхвысокие температуры, но и сам он требует системы охлаждения.

Плазменная сварка обеспечивает большую глубину плавления, и поэтому ей можно соединять даже толстые заготовки из различных металлов (молибден, вольфрам, никель и др.). Этот способ сварки нашел широкое применение в самолето- и приборостроении.

Лазерная

При такой сварке источником тепла служит луч лазера. Преимуществом данного способа является высокая точность соединения, поэтому лазерное сваривание наиболее актуально при работе с деталями сложной конфигурации. 

Ускорить работу и снизить себестоимость можно, если разбивать световой поток на отдельные лучи и нагревать несколько стыков одновременно. Лазер подходит для формирования непрерывных и точечных швов, и плавление может быть как сквозным, так и поверхностным.

Лазер используется для работы с разными металлами (титан, сталь, цветные и драгоценные металлы), а также пластиком и стеклом. В современных условиях лазерная сварка получила широкое распространение – прежде всего в высокотехнологичном промышленном производстве (космическая и атомная отрасли, радиоэлектроника, автомобилестроение и т. д.).

Электронно-лучевая

Здесь сварка производится электронным лучом, который вырабатывается специальной пушкой. Технологически это более сложный процесс, поскольку для соединения деталей необходим высокий вакуум, что может обеспечить лишь вакуумная камера. Перед плавлением заготовка подвергается интенсивной бомбардировке электронными частицами, кинетическая энергия которых при столкновении преобразуется в тепловую, вызывая изменение состояния металла.

Читайте также: «Оборудование для СТО»

Данный метод обеспечивает высокую точность работ и чаще всего используется для обработки тугоплавких металлов. Сферы его применения – авиа- и приборостроение, космическая промышленность.

Индукционная

Сварка плавлением при таком методе осуществляется благодаря электромагнитной индукции. В процессе работы создается высокочастотное электромагнитное поле, и вихревые токи, проникая в металл, за короткое время нагревают его. Преимущество данной технологии сварки плавлением в том, что теплопроводность материала и толщина изделия никак не влияют на процесс. В основном эта сварка используется при стыковании элементов трубопроводов.

Электрошлаковая

Электрошлаковая сварка предполагает разогрев металла за счет воздействия флюса – расплавленного шлака. Сварочный флюс находится между электродом и заготовкой, и он нагревается проходящим через него током. Флюс выделяет тепло, расплавляя присадочную проволоку и поверхность заготовки. При этом детали обычно ставятся вертикально, а в промежутки между ними через мундштуки подается электродная проволока.

Данный вид сварки нашел применение при изготовлении крупных и толстостенных изделий – таким образом можно соединять заготовки толщиной от 20 мм до 1 м и более.

Типы применяемых электродов

Надежный шов получается, только если правильно подобран присадочный материал, о чем следует сказать более подробно. Электрод для сварки – это металлический пруток, поверх которого нанесена обмазка, плавящаяся при нагревании и защищающая шов от воздействия азота, который присутствует в составе атмосферного воздуха.

Если сварка производится газовой горелкой или неплавящимся электродом, то защиту шва обеспечивает инертный газ либо пламя.

Что касается присадочного материала, то его использование повышает прочность шва. Дело в том, что при плавлении в металлах сгорают легирующие элементы, что негативно сказывается на качестве соединения. Для того чтобы компенсировать выгоревшие элементы, и нужна присадочная проволока, которая подбирается так, чтобы степень ее легирования была, как у заготовки или даже выше.

Читайте также: «Металлические стеллажи для склада»

Когда марку стали затруднительно определить или сплавы разные, то берутся переходные электроды либо специальные присадочные проволоки. К примеру, так можно сварить нержавейку и черную низколегированную сталь.

Используемые стандарты

Сварочные работы производятся при жестком выполнении норм и требований, указанных в действующих стандартах. Сварка плавлением закреплена в следующих ГОСТах:

• ГОСТ 11969-79 — он определяет основные положения сварки металлов плавлением и их обозначения.
• ГОСТ Р ИСО 5817-2009 – данным документом устанавливаются стандарты сварных соединений, принципы оценки качества швов. Речь здесь идет о сварке сплавов стали, никеля и титана, причем без учета лучевых способов.
• ГОСТ Р ИСО 3834-(1, 2, 3, 4)-2007, ГОСТ Р ИСО 3834-5-2010, ГОСТ Р 55143-2012 – в них расписаны требования по проведению сварочных работ, включая оценку качества.
• ГОСТ 30242-97 содержит классификацию дефектов сварки плавлением.
• ГОСТ 26388-84, ГОСТ 26389-84 – в них дается описание методов испытаний сварных соединений на сопротивляемость образованию трещин.

Читайте также: «Оборудование для сварочных работ»

Требования к сварочным швам

Хотя частично требования зависят от назначения готового изделия, есть и общие параметры, которым должны соответствовать сварные соединения. По твердости и пределу прочности они обязаны иметь показатели, аналогичные основному металлу.

Контроль качества произведенных работ

В первую очередь сварные швы подвергаются визуальному осмотру. После сварки плавлением место соединения нужно очистить от шлака и окислов. По внешнему виду качественный шов – однородный, мелкочешуйчатый и обладающий равномерной шириной. Не допускается наличие наплывов, прожогов, сужений или перерывов. Наплавленный металл должен быть однороден, без каких-либо пор или поверхностных трещин.

Далее, если изделие будет испытывать нагрузку, используются специальные методы проверки качества сварки, к которым относится ультразвуковая дефектоскопия, магнитный контроль, капиллярный метод и др.

Как видите, есть различные способы сварки плавлением, и выбор определяется особенностями работ, которые нужно выполнить. Скажем, на улице сваривание удобнее производить газовой горелкой или переносным дуговым аппаратом, а в стационарных условиях, особенно на промышленных предприятиях, более эффективны полуавтоматические и автоматические агрегаты.