Сварочные технологии: развитие, виды

СОДЕРЖАНИЕ

• Виды современных сварочных технологий
• Развитие сварочных технологий
• Совершенствование материалов для сварки
• Контроль качества сварных соединений

Виды современных сварочных технологий

По сути, сварка представляет собой неразъемное соединение металлов за счет их нагревания и динамического воздействия друг на друга. Начало освоения данного процесса относится уже к бронзовому веку, но более или менее современный вид сваривание приобретает в XIX в.

Научные открытия, сделавшие возможным этот способ соединения, – вольтов столб и электрическая дуга. Изобретателем же электрической дуговой сварки считается русский инженер Н. Н. Бенардос, запатентовавший свой метод в 1880-х гг. С этого времени число технологий, применяемых в сварочных работах, неуклонно растет.

В настоящее время перечень включает в себя несколько категорий: термическую (электродуговая, газопламенная, электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая и лазерная разновидности), термомеханическую (точечная, стыковая, рельефная, диффузионная, кузнечная, а также высокочастотными токами и трением) и механическую сварку (взрывом и ультразвуком).

Современные технологии позволяют добиваться более качественного соединения сплавов при высокой скорости выполнения работ. К примеру, гибридная лазерная сварка конструкционных сталей с параллельным использованием плавящего электрода дает производительность 40-450 м/ч при управляемом излучении от 1,5 до 4,0 кВт. Особенно актуальным этот метод стал для автомобильной промышленности при высокоскоростной сварке тонких стальных листов.

Крупногабаритные конструкции из толстолистовой закаливающейся стали 30ХГСА с успехом обрабатываются путем двухдуговой сварки. При этом одновременно применяются две высоколегированные сварочные проволоки, имеющие разный состав. В качестве флюса используется керамический материал марки АНК-51А. Практика подтверждает, что данный метод обеспечивает очень хорошее качество сварного соединения.

Читайте также: «Уровень качества сварного шва: методы контроля»

Расширяется и список металлов, которые могут надежно свариваться, и здесь технологии тоже не стоят на месте. Так, сейчас очень востребовано соединение композиционных материалов – многокомпонентных веществ, основанием которых является металлическая матрица с волокнистым либо дисперсным упрочнением.

Необходимость сварки таких сплавов с титаном или сталью поставила много технических задач, большинство из которых успешно решены. К примеру, высокие оценки специалистов получил метод сварки-пайки, когда на поверхность изделия наносится промежуточный сплав, а сварка осуществляется сжатием под напряжением на специальных машинах – точечных, рельефных или конденсаторных.

Сваривание тонколистовых композитов на алюминиевой подошве с волокнистым упрочнением или дисперсно-упрочненных частиц SiC, Аl2O3 и С производится аргонодуговым способом с промежуточными вставками.

Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»

Нахлесточные швы при сварке-пайке обладают прочностью около 70 % по сравнению с композитом, и с учетом того, что последний сам по себе весьма прочен (до 1500 МПа), можно сказать, что данная технология позволяет получить надежные и в то же время легкие конструкции. Особенно важное значение это имеет в производстве изделий для авиационной и аэрокосмической промышленности.

Традиционно одним из самых сложных для сварки металлов считается чугун, но и здесь наблюдается существенный прогресс. В настоящее время при работе используется специальная тонкая проволока ПАHЧ-11, основу которой составляет никелевый сплав.

При этом достигается сравнительно низкое тепловыделение, что позволяет сваривать даже тонкостенные детали из столь хрупкого металла, как чугун. Получаемый сварочный шов является высокопластичным железоникелевым соединением, благодаря чему конструкция способна выдерживать высокие механические нагрузки.

В число новых технологий сварочного производства входит и метод орбитальной аргонодуговой сварки. Здесь при помощи вольфрамового электрода (ОАСВЭ) могут соединяться сложные детали, например неповоротные стыки труб с диаметром от 20 до 1440 мм. Дополнительные преимущества обеспечивает применение активирующего флюса, который наносится в соотношении 1 г/м шва.

Во-первых, эта технология позволяет использовать пониженный ток, так что уменьшаются объем и вес сварочной ванны. Во-вторых, регулирование давления дуги на жидкий металл дает возможность повысить качество шва. Наконец, сварка ведется автоматизированно без разделки кромки. Особенно эффективен метод ОАСВЭ при стыковании труб толщиной до 6 мм, а для толстостенных конструкций требуется комбинировать его с другими технологическими приемами.

Большой интерес представляет щадящая сварка в смесях защитных газов Ar+CO2 и Ar+O2+CO2. По сравнению со сваркой в углекислом газе (СО2), так обеспечивается высокая прочность шва, а расход проволоки уменьшается – в среднем на 20 %. Кроме того, плюсом является то, что плавный переход к свариваемым деталям означает снижение набрызга электродного металла.

Читайте также: «Дуговая сварка в защитном газе: суть процесса»

Еще одним новым методом, получившим широкое распространение, стала двухкомпонентная сварка для бесстыкового железнодорожного пути. Она основана на литьевом способе, который дает возможность одновременно выполнять две задачи – обеспечение необходимой износостойкости металла и придание шву пластичности.

Правда, эта технология отличается сложностью, поскольку в процессе выполнения сварочных работ используется расплавленная сталь, заливаемая прямо в зазор рельсового стыка.

В данном случае требуемую вязкость дает низколегированная плавка, а износостойкость повышается благодаря применению специальных керамических накладок – они отделяют от основного металла легирующие добавки. В процессе заливки стали в место соединения эти накладки разрушаются, после чего освобождаются легирующие добавки, придающие верхней части шва высокую износостойкость.

Развитие сварочных технологий

Основной тенденцией в современном промышленном производстве является сокращение доли и значения ручной сварки – основная часть работ выполняется механизированными способами. На предприятиях повсеместно создаются линии с использованием полуавтоматических и автоматических видов дуговой сварки.

Помимо прочего, это способствует экономии на электродах, поскольку при механизации рабочих процессов их расход уменьшается на 10–20 %. Правда, о полном отказе от ручной сварки говорить пока не приходится – в ряде ситуаций ей нет альтернативы, особенно при монтаже и ремонте металлических конструкций.

Однако и в сфере ручной сварки происходят перемены: оборудование для этих работ развивается и совершенствуется – в первую очередь благодаря использованию тиристоров и инверторов. Несмотря на расширение масштабов механизированных и автоматизированных способов сваривания, растет потребность в сварочных ручных аппаратах современного типа. Улучшение их характеристик при параллельном уменьшении массы и габаритов оставляют много возможностей для их практического применения.

Инновационное оборудование основывается на принципиально новых, передовых технологиях сварочных процессов. В частности, сейчас ставятся преобразователи с расширенным количеством фаз электрического тока, что повышает коэффициент полезного действия и коэффициент мощности. Современные аппараты могут управляться полностью дистанционно, и все рабочие операции контролируются и регулируются с помощью компьютера.

Весьма перспективно в настоящее время внедрение робототехнических систем в автоматизированные линии сварки.

Читайте также: «Контактная сварка»

Контактные способы сварки по-прежнему актуальны в промышленном производстве, и разработка соответствующего оборудования и технологий продолжается.

С учетом того, что сейчас наиболее востребованы металлы, сочетающие в себе прочность с легкостью, и среди них немало композиционных материалов, необходимы современные сварочные технологии, которые обеспечивали бы качественное их соединение.

Для обработки подобных сплавов используется не только дуговая сварка, но и более современные методы – лазерное, электронно-лучевое, плазменно-дуговое и микроплазменное сваривание. В наибольшей степени это находит применение там, где производится работа с тончайшими металлическими поверхностями – в электронной промышленности, в приборостроении, в авиа- и ракетостроении и т. д.

Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии»

Набор известных композиционных материалов, так же как и сфера их употребления, неуклонно расширяются. Нередко появление новых сплавов требует совершенствования приемов металлообработки, включая и сварку. Поэтому научно-исследовательские работы, нацеленные на создание сверхсовременного сварочного оборудования, проводятся и имеют большое значение для развития промышленного производства.

Совершенствование материалов для сварки

Помимо этого, обновляются и улучшаются материалы, необходимые для процессов соединения металлов. С учетом растущей автоматизации и механизации повышенный спрос наблюдается на сплошную и порошковую сварочную проволоку, ассортимент которой становится все более разнообразным.

Важнейшие характеристики, на которые обращается внимание, – постоянство химического состава, а также качественное состояние поверхности проволоки. Для улучшения ее свойств применяются разные технологии, например омеднение и электролитно-плазменная обработка.

Порошковая проволока имеет бесспорные преимущества – за счет ее использования повышается производительность работ (в среднем на 30 %), достигается экономия материала из-за снижения разбрызгивания.

В последние годы все чаще предпочтение отдается порошковой проволоке, которая изготавливается путем формовки. При этом холоднокатанная лента определенного размера преобразуется в круглый профиль, который потом заполняется порошком. Данная проволока в основном применяется при работе с различными видами стали, в том числе коррозионностойкими марками.

Главный фактор, который определяет рост объемов ее потребления в сравнении с вальцованными проволоками, имеющими негерметичный продольный стык, – это более высокое качество.

Читайте также: «Технология сварки сталей»

Порошковая проволока обеспечивает абсолютную защиту флюсового сердечника от насыщения атмосферной влагой. Тем самым сердечник, даже не будучи специально упакован, остается сухим в ходе длительного хранения, и его прокалка перед началом работ не требуется. Сварку могут осуществлять полуавтоматы, предназначенные для проволоки сплошного сечения.

Разработки сварочных технологий относятся и к защитным газам, которые употребляются при механизированном производстве, сейчас повсеместно встречаются смеси из активных и инертных газов.

Контроль качества сварных соединений

Одной из главных задач современного сварочного производства является обеспечение высокого качества соединения металлических элементов. Так, расходы на исправление дефектов в заводских условиях составляют 3–5 %, а при монтаже этот показатель доходит до 15–20 %. Даже незначительный брак соединения при последующей эксплуатации конструкций способен вызвать серьезные повреждения вплоть до аварий целых сооружений.

Работоспособность и долговечность сварных изделий, прежде всего, зависят от качества металла – как шва, так и основного материала конструкции. Соответственно, необходим постоянный контроль соединений на всех этапах работ – и в заводских условиях, и при монтаже.

Обнаружение дефектов облегчается благодаря использованию современных средств диагностики, включая различные технические приспособления. В данное время применяются визуально-измерительные, акустические, радиографические, магнитные, вихретоковые, вибродиагностические и многие другие методы контроля качества соединения. Новейшая диагностическая аппаратура отличается портативностью, удобством использования и безопасностью для персонала.

Один из самых передовых способов контроля – определение и отображение дефектов в трехкоординатных плоскостях в автоматическом режиме. При этом нет необходимости производить какие-либо манипуляции с поверхностью металла и сварным швом.

Читайте также: «Шлифовка металла»

Сейчас существуют компактные голографические приборы, которые дают возможность производить диагностику различных конструкций, в том числе из неметаллов и композиционных материалов. Хотя контрольные операции тоже требуют затрат, и их трудоемкость может составлять до 30 % от общего объема работ по изготовлению сварного изделия, их применение полностью оправдано, поскольку только так можно гарантировать высокое качество соединения.

В целом сварка продолжает оставаться ведущим процессом в изготовлении промышленных изделий и строительных конструкций. Поэтому разработка и применение новых сварочных технологий и оборудования имеют большое практическое значение.