![](prom/images/svarochnye-tekhnologii-min.jpg)
О чем речь? Сварка предназначается для создания прочного и надежного соединения металлических изделий. Научное ее определение – формирование шва на межатомном уровне при сильном нагреве соединяемых деталей. Для этого используются разнообразные сварочные технологии.
Какие? Они различаются по типу используемой энергии, оборудованию, назначению. Соответственно, принцип процесса в каждой технологии свой, хотя ведет к единому результату – прочному шву, соединяющему детали.
Из этого материала вы узнаете:
- Принципы сварочных технологий
- Аппараты для сварочных технологий
- Физические признаки сварки
- Виды сварочных технологий
- Термическая сварочная технология
- Термомеханическая сварочная технология
- Механическая сварочная технология
- Автоматическая и полуавтоматическая сварка
- Сварочные технологии для разных металлов
- Часто задаваемые вопросы о сварочных технологиях
Принципы сварочных технологий
Металлические изделия могут соединяться между собой при помощи болтов, скоб, иных приспособлений, не требующих нагрева. Сварка отличается тем, что при ее выполнении металл нагревается до температуры плавления, после остывания раскаленных участков заготовки образуется цельный сварной шов, отличающийся повышенной прочностью. Такое соединение, в отличие от вышеуказанных способов, является неразъемным.
Расплавление металла под воздействием давления приводит к изменениям в их химической и физической структуре. В раскаленном состоянии атомы металла активизируются, переходя в жидкое состояние. Соединение, образовавшееся после остывания, сопоставимо по своим прочностным характеристикам с самим металлом исходного изделия.
Применение сварки в производстве очень широко. Она используется в строительстве, автомобилестроении, авиационной, космической, судостроительной промышленности. Сварные соединения не только прочны, но и герметичны, что особенно важно при сборке судов и летательных аппаратов, которые используются в особых условиях.
Для сварочных работ требуется специальное оборудование и одежда, в том числе сварочная маска, аппарат, перчатки, электроды. Для успешной сварки рабочий должен иметь навыки работы с технической документацией и чертежами, понимать физические процессы, происходящие в металле при его нагреве до температуры плавления.
Читайте также: «Где изобрели сварку: создание технологии и первый патент»
Для сварки используется инверторный аппарат и соединенный с ним электрод. Под воздействием тока высокой мощности он расплавляется вместе с металлом заготовок. От воздействия внешней среды шов защищается шлаком. Когда сварочная ванна остывает, расплавленный металл кристаллизуется, образуя прочное соединение.
Аппараты для сварочных технологий
Среди оборудования для сварки можно выделить устройства двух типов:
- Работающие с переменным током (AC).
Бюджетные сварочные аппараты, которые часто используются для бытовых целей. Напряжение дуги в них постоянно колеблется, причем частота таких колебаний может составлять несколько сотен в секунду. Из-за этого сварная ванна также оказывается нестабильной. В результате может образовываться много брызг металла, сварочная ванна отклоняется от намеченной траектории, края заготовок могут проплавляться неравномерно.
Однако в некоторых случаях требуется именно сварка таким током, в частности при соединении намагниченных поверхностей, которые нельзя соединить постоянным током. Аналогичным образом толстолистовая сталь приваривается переменным током.
- Работающие с постоянным током (DC).
Это генераторы с силовым выпрямителем или инверторы. Последние находят самое широкое применение не только в быту, но и в промышленности при выполнении работ, к качеству которых предъявляются жесткие требования. Постоянный ток подходит для сварки не каждой детали, однако он обеспечивает значительно более высокое качество шва за минимальное время.
Читайте также: «Оборудование для сварочных работ: разбираемся в инструментах сварщика»
Также для качественной сварки имеют значение используемые электроды. Они бывают двух типов:
- Плавящиеся.
Под воздействием тока большой мощности они расплавляются, становясь после остывания металла частью сварного шва. Также при сгорании такого электрода высвобождается газ, который защищает соединение от воздействия внешней среды и предотвращает окисление. Газовое облако обеспечивает стабильные характеристики сварочной ванны. При такой методике сварки можно обойтись без использования присадочной проволоки.
- Неплавящиеся.
Изготавливаются из вольфрама, графита, угля. Они позволяют создать дугу, характеристики которой остаются неизменными даже при нестабильной подаче напряжения. При использовании таких электродов необходимо также применять проволоку соответствующей марки. Неплавящиеся электроды обеспечивают получение высококачественного шва, но они мало подходят для работы в проветриваемых помещениях и на улице.
Физические признаки сварки
Твердая структура металла не позволяет соединить две заготовки при обычном атмосферном давлении и при нормальной температуре. Для их сваривания требуется взаимодействие на уровне атомов, которое возможно при использовании значительного давления и при активном движении электронов.
Классификация сварочных работ может проводиться по нескольким основаниям:
- Высокая температура. В этом случае шов формируется исключительно под воздействием сильного нагрева в отсутствие давления. Соответствующие показатели могут достигаться при помощи сварной дуги либо газа.
- Сварка под давлением. При использовании сжатия края заготовок деформируются, что может приводить к текучести металла в области шва.
- Стыковка. При этом способе металлические заготовки наплывают друг на друга.
Виды сварочных технологий
Сварной способ соединения металлов был известен еще в средние века. В VII веке этот метод широко использовался кузнецами. Активное развитее таких работ началось после изобретения электрической дуги и покрытых электродов. В конце XX века были разработаны технологии лазерной, ультразвуковой, плазменной сварки.
Развитие электронных систем машинного управления позволило автоматизировать эти работы, выполняя их с высоким качеством за короткое время.
Исходя из типа энергии, который необходим для выполнения работ, различают несколько видов сварки.
- термический;
- термомеханический;
- механический (холодная, взрывная и ультразвуковая сварка).
Термическая сварочная технология
Для этой сварочной технологии используются следующие элементы:
- плазменный поток;
- огонь горелки с газом;
- электротяга.
Сварка происходит так. Соединяемые заготовки стыкуются друг с другом, после чего под влиянием высокой температуры края деталей расплавляются. После их остывания происходит кристаллизация, в результате чего образуется сварной шов, имеющий прочность, сопоставимую с характеристиками исходных металлов.
Электродуговая контактная сварка
Эта технология сварочного производства используется наиболее часто не только в бытовых работах, но и в производстве.
Для работ применяются сварочные аппараты инверторного типа. Они обеспечивают образование электрической дуги, которая возникает при взаимодействии катода и анода:
- Анод– это электрод, на котором происходит окисление металла.
- Катод– это электрод, на котором происходит восстановление металла.
При взаимодействии катода и анода температура в месте соединения значительно повышается, обеспечивая расплавление металла. В результате образуется сварочная ванна, формируется шов. При остывании материала происходит кристаллизация, при которой края заготовок твердеют.
Теперь разберем виды работ при использовании контактной дуговой сварки.
- ММА – ручная дуговая сварка.
Преимуществом этой технологии является ее доступность. Это касается как сложности работ, так и стоимости необходимого оборудования. Ручная дуговая сварка позволяет самостоятельно провести кузовные работы на автомобиле, смонтировать металлический каркас, собрать основание для тяжелых конструкций.
Ручная дуговая сварка активно используется и в промышленности, строительстве, машиностроении, автомобильном производстве. Востребованность данной технологии объясняется высоким качеством и прочностью швов.
Читайте также: «Дуговая сварка труб: как проводится и как избежать ошибок»
При выполнении работ применяются сварочные аппараты или инверторы, которые могут генерировать как постоянный, так и переменный ток. Как указывалось, выше, ток с постоянными характеристиками позволяет получить шов более высокого качества.
При сварке используются электроды – металлические стержни, покрытые специальным составом. При выполнении работ электроды оплавляются, при этом в сварочную ванну выделяется защитный газ, выполняющий несколько функций:
- Исключает окисление сварной ванны.
- Обеспечивает постоянные характеристики электрической дуги.
- Повышает качество соединения.
Ручная дуговая сварка имеет следующие особенности:
- Компактность. Электрод держателя имеет небольшие размеры, что обеспечивает проведение работ в ограниченном пространстве. Сварка может выполняться в разных положениях.
- Универсальность. Ручная дуговая сварка позволяет выполнять очень широкий перечень работ. Главное правильно подобрать электроды.
- Легкость освоения. Эта технология – отличный вариант для приобретения базовых навыков сварки. Дефектов шва практически не будет.
- Аргоновая сварка TIG
Аргоновая сварка широко применяется, например, в судостроении, где при выполнении швов совершенно недопустимы зазоры и непровары в месте соединения заготовок. Для использования этой технологии от рабочего требуются немалые навыки проведения сварных работ, при этом производительность труда в любом случае будет не очень высока.
Кроме того, аргоновая сварка широко применяется при сборке нефте- и газопроводов, в пищевой промышленности. Эта методика отлично подходит для сварки тонколистовой стали. TIG-сварка – наилучший вариант для работы со следующими металлами:
- нержавеющая сталь;
- углеродистая сталь;
- легированная сталь;
- магниевые, титановые, медные сплавы.
Помимо исключительной прочности и герметичности соединений, аргоновая сварка обладает еще одним преимуществом. Сварной шов получается очень ровным и аккуратным, что позволяет использовать данную технологию при выполнении работ, где предъявляются повышенные требования к эстетичности, презентабельному внешнему виду готовой конструкции.
При аргоновой сварке используются неплавящиеся электроды из вольфрама, угля, графита. Также для таких работ потребуется специальная проволока, которая должна быть изготовлена из того же материала, что и соединяемые детали. Покрытие электродов выделяет при сгорании инертный газ, который защищает шов от попадания в него кислорода.
- MIG/MAG – сварка полуавтоматом
MIG/MAG-сварка отличается тем, что для нее не требуются ни плавящиеся, ни неплавящиеся электроды. Соединение выполняется при помощи сварной проволоки и подаваемого из горелки газа с присадками. Такая технология позволяет больше внимания уделять формированию шва, не отвлекаясь на работу сварного оборудования.
Читайте также: «Какая полуавтоматическая сварка лучше – с газом или без?»
Поступающий в горелку газ может иметь разный состав, который подбирается с учетом материала заготовок. Если смесь имеет повышенную инертность, то при выполнении работ образуется много брызг, из-за чего шов часто получается не очень аккуратным. Однако при выполнении многих видов работ этим недостатком можно пренебречь, так как подобная технология обеспечивает высокую прочность соединения и быстрое выполнение работы.
Полуавтоматическая сварка MIG/MAG отличается тем, что она выполняется только при постоянном токе, однако ее используют не только в промышленности, но и в быту. Рассмотрим подробнее особенности данной технологии.
Сварочное оборудование с технологией MIG/MAG хорошо подходит для соединения чугунных, медных, стальных, марганцевых, алюминиевых, никелевых сплавов. Данная методика обладает следующими преимуществами:
- Автоматическая подача присадок.
- Электронная регулировка настроек оборудования, что позволяет повысить точность выполнения работ.
- Подходит для формирования соединений повышенной сложности.
Сварка под флюсом
Флюсовая сварка используется исключительно в промышленности. Она позволяет получить шов повышенной прочности для конструкций, которые будут эксплуатироваться в экстремальных условиях, например подводные лодки, космические корабли. Соединение отличается прочностью, устойчивостью к механическому воздействию, давлению, перепадам температур.
Читайте также: «Сварка под флюсом: особенности технологии»
Флюс представляет собой порошок, который при сгорании выделяет газ, препятствующий процессу окисления в сварной ванне. Он обеспечивает стабильное горение электродуги и упрочнение шва. Для каждого металла используется свой состав порошка. В домашних условиях флюсовая сварка невозможна. Этот процесс управляется электронной программой, обеспечивающей точнейшую подачу проволоки и контроль условий выполнения работ.
Газопламенная сварка
При рассмотрении описанных выше технологий сварки речь шла только о методиках, которые используют постоянную подачу электрического тока. Так можно получить качественный шов при умеренных затратах, но эти способы не годятся для работы на объектах, не имеющих соответствующей инфраструктуры. Газопламенная сварка позволяет решить эту проблему и обойтись без источника постоянного электропитания.
Расплавление металла достигается не под воздействием мощного тока, а от прямого источника тепла. Как правило, применяются горелки, в которых кислород соединяется со специальным газом: пропан, бутан, МАФ, водород. Особенно эффективен ацетилен, который позволяет получить температуру до 3000 градусов по Цельсию при меньшей токсичности, чем другие инертные вещества. При достижении необходимой температуры в зоне нагрева формируется сварная ванна, которая обеспечивает плавление заготовки.
Возможность выполнения сварки в неподготовленных условиях, без электроэнергии – это основное достоинство газопламенной методики. Ее скорость ниже, чем при использовании других технологий. Кроме того, от сварщика требуются немалые навыки, чтобы плавить и соединять заготовки газом. В промышленных условиях эта технология не используется, поскольку она не может обеспечить достаточную производительность.
Плазменная
Эта технология также может использоваться только в оборудованном промышленном цехе. Особенность методики – нагрев металлических заготовок плазмой при помощи специального устройства – плазмотрона. Все работы выполняются в автоматическом режиме, что обеспечивает высочайшее качество шва и отсутствие дефектов.
Читайте также: «Плазменная сварка: принцип работы, виды, преимущества»
Задачи, для которых используются плазмотроны, максимально разнообразны. Это объясняется тем, что данное устройство обеспечивает полный провар кромок соединяемых деталей, что положительно сказывается на прочности и герметичности шва.
Еще одним достоинством плазменной сварки является ее пригодность для соединения как толстых, так и тонких листов металла.
Термомеханическая сварочная технология
Термомеханическая сварка включает не только практически используемые сегодня технологии, но и методики, давно вышедшие из употребления и представляющие интерес разве что для истории техники.
Кузнечная сварка
Известный еще с древности метод, который позволяет обойтись без источника постоянной электроэнергии. Однако такая технология требует от кузнеца высокой квалификации и навыков работы с металлами. Специалист сможет отличить невооруженным глазом изделие, изготовленное новичком, и продукцию профессионального кузнеца. Также недостатком можно считать ограниченный перечень сплавов, которые пригодны для такого соединения. Все они должны иметь достаточную гибкость.
В общем виде кузнечная сварка выглядит следующим образом. Сначала соединяемые детали разогреваются докрасна в специальной печи. После этого по краям заготовок начинают бить тяжелым молотом, чтобы добиться лучшей стыковки. Неудивительно, что такая технология сейчас не используется даже для бытовых работ. Иногда ее можно встретить у ценителей старины, которые занимаются реконструкцией древнего быта.
Контактная сварка
Эта сварка получила популярность при развитии конвейерного производства. Объясняется это тем, что такой способ соединения металлических заготовок хорошо поддается автоматизации. Участие в ней человека можно свести к минимуму.
Читайте также: «Контактная стыковая сварка: принципы и преимущества»
Основа технологии в следующем. Две детали стыкуются друг с другом в потенциальной сварной плоскости. После этого они нагреваются трансформатором до расплавления и прижимаются прессом.
Диффузионная сварка
При использовании данной технологии соединяемые заготовки сжимаются друг с другом с такой силой, что атомы двух деталей приходят во взаимодействие и притягиваются. Для этого необходима специальная установка для диффузионной сварки, в которую подается инертный газ или обеспечивается вакуум. Давление оказывается с силой свыше 20 мегапаскалей.
Повысить качество шва позволяет разогрев металла до температуры, близкой к точке плавления. По окончании сварки давление сохраняется еще некоторое время для повышения качества соединения.
Механическая сварочная технология
Рассмотрим технологии сварки, в которых температура плавления металла достигается при помощи механического воздействия.
Сварка трением
Основа данной технологии сводится к тому, что одна из заготовок устанавливается неподвижно, а другая, соприкасаясь с ней, вращается с высокой скоростью. В результате трения материал разогревается до высоких температур, достаточных для плавления.
Различают несколько видов сварки при помощи трения.
- Между неподвижными секциями трубы устанавливается кольцо, которое двигается с высокой скоростью.
- Технология закупоривания дефектов, при которой поврежденный участок сначала просверливается, а затем в полученное отверстие монтируется подвижный штифт. Он должен быть изготовлен из того же материала, что и обрабатываемое изделие.
- Линейная механическая сварка. При трении двух деталей о поверхность друг друга они разогреваются до расплавления. При достижении соответствующей температуры кромки заготовок с силой прижимаются друг к другу.
- Движение заготовок посредством предварительной раскрутки маховика.
Холодная сварка
В этой технологии применятся пуансоны – устройства, которые обеспечивают прессование заготовок. Суть методики в том, что края деталей стыкуются друг с другом, а затем спрессовываются. Если соединение должно быть точечным, то применяются металлические стержни. Если же нужен сплошной сварной шов, то используются ролики.
Огромное давление приводит во взаимодействие металл двух заготовок на атомном уровне, то есть, по сути, происходит смешивание твердого металла. Качество работ значительно зависит от величины давления и тщательности предварительной подготовки поверхности материала.
При помощи холодной сварки могут соединяться следующие материалы:
- алюминий;
- медь;
- цинк;
- серебро;
Сварка взрывом
Оригинальная методика сварки, которая может использоваться при необходимости соединения двух разных материалов. В результате взрывного воздействия формируется шов, который состоит из частей материала обеих деталей. Подобная методика подходит и для сварки крупногабаритных элементов.
Читайте также: «Брызги металла при сварке: причины появления, способы защиты»
Рассмотрим особенности данной сварочной технологии:
- Неподвижная пластина надежно фиксируется на станине.
- Сверху над пластиной устанавливается вторая деталь под углом 3 градуса.
- Над обеими деталями размещается взрывчатое вещество и детонирующий механизм.
- При взрыве на подвижной детали она со значительным усилием прижимается к расположенной под ней заготовке.
- На участке контакта деталей друг с другом возникает сильное сжатие, что приводит к соединению материалов на атомном уровне.
Преимуществом данной технологии является высокая скорость сварки и отсутствие необходимости в предварительной обработке поверхности материала. Минусом следует считать незначительную глубину проплавления, что объясняется моментальным протеканием реакции.
Ультразвуковая сварка
Эта технология позволяет соединять стеклянные, кожаные, керамические, тканевые, стеклянные поверхности посредством механических колебаний. При продолжительном воздействии сначала удаляется оксидная пленка, а затем происходит соединение материалов. Достоинством методики следует считать отсутствие необходимости в зачистке соединяемых материалов. На скорость работ положительно влияет предварительный подогрев заготовок.
Автоматическая и полуавтоматическая сварка
Автоматическая сварка позволяет свести к минимуму участие человека в процессе. Все работы выполняются под управлением электронных программ. Условия сварки остаются неизменными при многократном повторении. Эта методика применяется в крупносерийном производстве, где важны производительность и постоянное качество работ. Однако для автоматизации требуется специальная подготовка персонала и приобретение дорогостоящего оборудования.
Отличия между разными автоматизированными сварочными технологиями невелики. В основном они сводятся к степени механизации операций. Полуавтоматическое оборудование имеет простую конструкцию, оснащается приспособлением для подачи расходного материала. Оператор при этом выполняет перемещение дуги в необходимом направлении.
При полуавтоматической сварке сварочный аппарат управляется рабочим вручную. Оператор отвечает за подачу проволоки, интенсивность работы горелки, в автоматическом режиме контролируется напряжение и мощность тока. Проволока помещена на специальной бобине, которая может вращаться с изменяющейся скоростью. Такая технология применяется на мелкосерийном производстве, где важны гибкость производственного цикла и индивидуальный подход к выполнению каждого заказа.
Читайте также: «Устройство полуавтомата: элементы, принцип работы»
Достоинствами полуавтоматического способа сварки можно считать пониженные начальные затраты, широкий перечень металлов, подходящих для соединения по такой методике, относительная простота освоения. Соединение заготовок в инертном газе называется MIG, а в углекислом – MAG. Конструкция сварочных полуавтоматов сравнительно проста.
Сварочные технологии для разных металлов
Соединение разных металлов имеет свои особенности, которые влияют на технологию работ. При работе с углеродистыми сталями может вызывать проблемы закалка шва, высокий риск образования трещин. Для повышения качества соединения детали предварительно нагреваются до 100-300 градусов по Цельсию, шов делается в несколько слоев, применяются электроды со специальным покрытием.
По окончании сварных работ требуется выполнить отпуск изделия до температуры не более 300 градусов по Цельсию.
Соединение ферритовых металлов с использованием хромовых электродов может привести к тому, что при охлаждении шва зерна карбидов хрома выпадут. В результате повышается вероятность образования ржавчины на шве. Избежать подобных проблем позволяет сварка при токе малой мощности, в результате чего охлаждение полученного соединения будет протекать быстрее.
Также желательно выполнить отжиг по окончании сварки, чтобы выровнять содержание хрома в зернах и на границах.
Чугунные заготовки соединяются с использованием электродов из того же материала. Детали при этом следует предварительно нагреть, электроды могут иметь диаметр от 8 до 25 миллиметров.
Медь может свариваться недостаточно, так как в ней возможно содержание кислорода, водорода, свинца. Для повышения качества соединения используют газовую сварку. Также решением может стать применение дугового метода в сочетании с металлическими или угольными электродами.
Сваривание алюминиевых сплавов осложняется наличием на поверхности металла оксидной пленки, которая удаляется при помощи флюса.
Часто задаваемые вопросы о сварочных технологиях
Какие сварочные устройства используют специалисты?
Перечень оборудования, необходимого для сварки, зависит от материала соединяемых деталей, их толщины, выбранной технологии работ. Чаще всего применяется следующее оборудование:
- инверторы;
- полуавтоматы;
- промышленные аппараты;
- выпрямители;
- трансформаторы.
Сколько способов сварки существует?
На сегодняшний день разработано около 150 разных технологий выполнения сварных работ. Они классифицируются по разным основаниям. В частности, ГОСТ 19521-74 содержит разные технологии, объединенные в группы с учетом физических, технологических и технических критериев. Форма и вид энергии, которые обеспечивают расплавление металла, характеризуют физический принцип сварки. Форма энергии указывает на класс сварки.
В каких отраслях используется дуговая сварка?
Ручная дуговая сварка находит широкое применение при соединении металлов с толщиной листов от 2 до 30 миллиметров, при сборке изделий в мелкосерийной промышленности. Данная технология хорошо подходит для выполнения коротких швов, в том числе имеющих сложную форму. Методика активно используется при выполнении работ в ограниченном пространстве.
Сварка становится возможной благодаря воздействию сварной дуги и расплавлению металла в месте соединения. В настоящее время разработано большое количество методик, для которых используется разнообразное оборудование и снаряжение. Конкретная технология выбирается с учетом особенностей соединяемых материалов и условий выполнения работ.