Что такое сварка определение. Разнообразие видов сварки. Основные виды сварки

Сварка представляет собой технологический процесс, при котором устанавливаются прочные связи между атомами и молекулами в соединяемых деталях. Чтобы обеспечить соединение, поверхность обрабатываемых конструкций предварительно очищают от загрязнений, а также снимают с деталей пленку окислов. Подготовительные работы сильно влияют на качество соединения.

Подлежащие сварке поверхности сближают так, чтобы расстояние между ними было минимальным. Затем детали подвергают сильному локальному нагреву или пластическому деформированию, после чего заготовки соединяются, образуя единое целое. На завершающем этапе производится обработка сварного шва.

Различают три класса сварки: механический, термический и термомеханический. Механические виды сварки осуществляют, используя энергию давления, например, обработку заготовок трением, взрывом или . При термической сварке используется плавление материалов за счет энергии тепла. Термомеханическая соединяет в себе особенности двух описанных классов.

Основные виды сварки

Дуговая сварка представляет собой один из самых распространенных видов подобного соединения материалов. В этом случае используют сварочные электроды, которые устанавливают в специальный держатель и перемещают вдоль будущего шва. Между стержнем электрода и заготовкой образуется дуга, металл плавится и заполняет сварочный шов, постепенно затвердевая.

При контактной сварке выполняется непродолжительный нагрев места стыковки деталей, не предполагающий оплавления краев заготовок. В данном случае имеет место пластическая деформация металла, которая приводит к образованию сварного соединения. Для разогрева места соединения при контактной сварке применяется электрический ток, являющийся источником теплоты. В точках контакта металл становится очень пластичным, что облегчает соединение поверхностей.

Широкое применение нашла в производстве и газовая сварка. В этом случае место, где нужно соединить детали, сильно разогревают газовым пламенем, имеющим очень высокую температуру. Края заготовок при таком термическом воздействии оплавляются. В образующийся зазор подается присадочный материал, служащий для формирования шва. Преимущество газовой сварки перед дуговой состоит в том, что заготовка под действием струи газа прогревается более плавно. Это позволяет использовать данный вид сварки для соединения заготовок малой толщины.

Сварка — метод соединения деталей из однородного материала: пластика с пластиком, металла с металлом. При сваривании контактирующие поверхности расплавляются или плотно сжимаются. В зоне контакта происходит сплавление двух материалов в один. В результате образуется прочное плотное соединение двух поверхностей.

Сварка — это соединение деталей, сделанных из одинакового материала, для получение единой конструкции.

Сварка металлов расплавлением используется для качественного герметичного соединения ответственных деталей: элементы трубопровода, корпус автомобиля (автобуса, самолета), стенки металлического гаража и ворота, опоры спортивного турника, соединение арматуры внутри бетонной стены и многое другое. Какие виды сварки используют современные сварочные технологии? Как правильно выполняется сваривание металла?

Виды сваривания металлических поверхностей

Сварка металлов может осуществляться с расплавлением контактных поверхностей или с их сжатием. При этом процессы сваривания называются:

• сваривание плавлением (или расплавлением);
• сваривание пластическим деформированием.

Соединение деформированием может выполняться с применением подогрева или без него. Деформирование поверхностей без подогрева называется холодной сваркой. При плотном сжатии атомы различных материалов оказываются на близком расстоянии и образуют межатомные связи. Происходит соединение поверхностей.

При сваривании плавлением соединяемые поверхности локально нагреваются и расплавляются. Часто используется третий (присадочный) материал, который плавится и заполняет зазор между двумя металлами. При этом в жидком расплаве образуются межатомные связи между основным материалом и присадкой (расплавленным электродом). После остывания и затвердевания образуется сплошное сварное соединение.

Местный нагрев деталей для сваривания может осуществляться электрическим током или горящим газом. Соответственно, по способу локального нагрева сварка делится на два вида:

• электрическая (в том числе электрошлаковая, электролучевая, лазерная);
• газовая.

Наименования определяются используемым источником тепла. Электричество может работать как напрямую, так и косвенно. При прямом использовании электроэнергия нагревает металл и присадочный электрод благодаря прохождению по ним тока или возникновению дуги. В косвенном использовании работает различная энергия, полученная от воздействия электричества: энергия расплавленного шлака, через который проходит ток, энергия электронов в электрическом поле, луч лазера, возникающий при подаче электричества.

Сварка металлических поверхностей может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Некоторые виды сварных соединений возможны только с применением автоматики (например, электрошлаковая или шовная), другие доступны для выполнения ручными сварочными устройствами.

Электрическая сварка представлена двумя методами:

• электродуговой;
• электроконтактный.

Разберем подробнее, как происходит соединение поверхностей при дуговом и контактном способе сваривания.

Вернуться к оглавлению

Электродуговая сварка металлов и электроконтактная

Вернуться к оглавлению

Работа электрической дуги

Данный вид сваривания использует для нагрева теплоту электрической дуги. Дуга, образующаяся между металлическими поверхностями, представляет собой плазму. Взаимодействие металлических поверхностей с плазмой вызывает их нагрев и расплавление.

Электродуговая сварка может выполняться с использованием плавящегося электрода или неплавящегося его вида (графитового, угольного, вольфрамового). Плавящийся электрод одновременно является возбудителем электродуги и поставщиком присадочного металла. При неплавящемся электроде для возбуждения дуги используется стержень, который не расплавляется. Присадочный материал вводят в зону сваривания отдельно. При горении дуги происходит плавление присадки и кромки деталей, образовавшаяся жидкая ванночка после затвердевания образует шов.

В некоторых технологических процессах соединение поверхностей происходит без подачи присадочного материала, только перемешиванием двух основных металлов. Так производят сваривание вольфрамовым электродом.

Если электрическая дуга горит не свободно, а сжимается плазмотроном, при этом через нее продувается плазма ионизированного газа, то такой вид сваривания называется плазменным. Температура и мощность плазменной сварки выше, поскольку при сжатии дуги достигается более высокая температура ее горения, что позволяет выполнять сварку тугоплавких металлов (ниобий, молибден, тантал). Плазмообразующий газ является также защитной средой для соединяемых металлов.

Вернуться к оглавлению

Защита расплавленного металла и сплавление электрическим контактом

Если при горении дуги металлические поверхности защищают от окисления газом или вакуумом, то такое соединение называют сваркой в защитной среде. Защита необходима для сварки химически активных металлов (цирконий, алюминий), ответственных деталей из легированных сплавов. Возможна защита сварки другими веществами: флюсом, шлаком, порошковой проволокой. Соответственно, используемые методы сварки получили наименования: сваривание под флюсом, электрошлаковая сварка, вакуумная. Все это — разновидности электродугового метода, использующие различную защитную среду для предупреждения окисления расплава, изменения его химического состава и потери свойств сварного соединения.

Электроконтактная сварка использует тепло, выделяемое в месте соприкосновения двух свариваемых поверхностей. Так выполняется точечное сваривание: детали с усилием прижимают друг к другу до соприкосновения в нескольких точках. Точки соприкосновения будут являться местами максимального сопротивления и наибольшего разогрева поверхности. За счет этого нагрева и происходит оплавление и соединение металлических элементов в точках соприкосновения.

Вернуться к оглавлению

Технология электродуговой сварки металлов

Технология сварки металла с использованием электрической дуги состоит в последовательности действий по организации работы сварочного аппарата и непосредственном выполнении сварки.

Подготовка состоит в установке сварочного инвертора, и выполнении необходимого скоса кромки (подготовке поверхностей).

После установки сварочного аппарата в месте сварки контактный провод с помощью «крокодила» (конструкция присоединяющей клеммы) крепят на одной из контактных металлических поверхностей. Включают сварочный аппарат и выставляют регулятором тока его силу. Сила тока регламентируется размером электрода и толщиной свариваемых деталей. Для электрода диаметром 3 мм сила тока должна соответствовать 80-100 А.

Если поверхность металла окрашена или окислена с образованием слоя ржавчины, его необходимо поцарапать металлической щеткой для обеспечения полноценного контакта в соединении.

Определяется вид соединения контактных поверхностей:

• стыковое;
• внахлест;
• угловое;
• тавровое;
• торцевое.

Рассмотрим подробнее особенности сваривания различных типов соединений. Стыковое соединение часто требует предварительной подготовки кромок свариваемых поверхностей: по их краям выполняются скосы. V-образные скосы делают по краям листов толщиной от 5 до 15 мм, Х-образные скосы — на листах толщиной больше 15 мм. Снятие V-образной кромки при стыке поверхностей позволяет получить углубление, по которому выполняется сварка. Х-образные кромки предполагают наличие углубления и выполнение сварных швов с двух сторон соединения.

Угловые и тавровые соединения тоже могут выполняться со скосом кромок (с разделкой поверхности) или без скосов и разделки (в зависимости от толщины сварного сечения).

Тавровое и угловое соединения позволяют соединять детали различной толщины. При этом положение электрода должно быть более вертикальным к той поверхности, у которой больше толщина.

Вернуться к оглавлению

Электроды для сваривания: виды и выбор

Электрод для сварки представляет собой металлический стержень, покрытый обмазкой. Состав обмазочного покрытия предназначен для защиты металла сварного шва от выгорания при окислении. Флюс вытесняет из расплавленного металла кислород, чем препятствует окислению, и выделяет защитный газ, чем также предупреждает окисление. В состав обмазки входят следующие компоненты:

Схема электрода для сварки: 1 — стержень; 2 — участок перехода; 3 — покрытие; 4 — контактный торец без покрытия; L — длина электрода; D — диаметр покрытия; d — номинальный диаметр стержня; l — длина зачищенного от покрытия конца

• стабилизаторы зажигания и горения (калий, натрий, кальций);
• шлакообразующая защита (шпат, кремнезем);
• газообразующие (древесная мука и крахмал);
• рафинирующие соединения (для вывода и связывания серы и фосфора, вредных для сваривания металла примесей);
• легирующие элементы (если шву необходимы особые свойства);
• связующие (жидкое стекло).

Выпускаемые промышленностью электроды имеют диаметр от 2,5 до 12 мм, для ручной сварки наибольшее применение получили 3-миллиметровые электроды.

Выбор диаметра электрода определяется толщиной свариваемых поверхностей, требуемой глубиной проплавления. Существуют таблицы, приводящие рекомендованные значения диаметров электродов в зависимости от толщины проплавляемых поверхностей. Надо знать, что небольшое уменьшение диаметра электрода возможно, при этом увеличивается время выполнения процесса. Электрод меньшего диаметра дает возможность лучше контролировать процесс, что важно для начинающего сварщика. Более тонкий электрод можно передвигать медленнее, что важно в процессе обучения.

Вернуться к оглавлению

Характеристики дуговой сварки: определение и значение

Перед началом сварки определяются оптимальные характеристики процесса сваривания:

1. Сила тока (регулируется на сварочном аппарате). Сила тока определяется диаметром электрода и материалом его покрытия, расположением шва (вертикально или горизонтально), толщиной материала. Чем толще материал, тем большая сила тока потребуется для его прогрева проплавления. Недостаточная сила тока не расплавляет сечение шва полностью, в результате присутствуют непровары. Слишком большой ток приведет к излишне быстрому расплавлению электрода, когда основной металл еще будет не расплавлен. Рекомендуемое значение тока указывается на упаковке электродов.
2. Свойства тока (полярность и род). В большинстве сварочных приборов используется прямой ток, он преобразуется из тока встроенным в аппарат выпрямителем. При постоянном токе поток электронов двигается в одном (заданном полярностью) направлении. Полярность при сварке определяет направление движения потока электронов. Существующие полярности выражаются в подключении электрода и детали:

• прямая — деталь к «+», а электрод к «-»;
• обратная — деталь к «-», электрод к «+».Благодаря движению электронов от «минуса» к «плюсу» на положительном полюсе «+» выделяется больше тепла, чем на отрицательном «-». Поэтому положительный полюс располагают на элементе, требующим более значительного прогрева: чугун, сталь толщиной 5 мм и более. Таким образом, прямая полярность обеспечивает глубокое проплавление. При соединении тонкостенных деталей и листов применяется обратная полярность.

1. Напряжение дуги (или длина сварочной дуги) — это расстояние, выдерживаемое между концом электрода и поверхностью металла. Для электрода диаметром 3 мм рекомендуемая длина дуги составляет 3,5 мм.

Вернуться к оглавлению

Как выполняется дуговая сварка: технология

Вернуться к оглавлению

Начало сварки: последовательность розжига дуги

Для возникновения дуги новый электрод вставляют в зажим и обстукивают о твердую поверхность для удаления обмазки на его рабочем конце. Под шлаком находится металлическая присадка, сам шлак служит изоляцией и закрывает присадку от розжига. После этого электродный стержень приближают к металлической поверхности на минимально возможное расстояние, 3-5 мм, не допуская прикосновения. При этом электрод держат под углом к поверхности свариваемого металла. Технология сварки металлов электродом регламентирует угол наклона электрода в размере 60-70ºC. Визуально такой угол воспринимается как почти вертикальный, с небольшим уклоном.

Для розжига дуги электродом чиркают о поверхность металла наподобие зажигания спички о коробок с серой.

Если электрод слишком приблизить к свариваемой поверхности металла, возникнет прилипание и короткое замыкание. У тех, кто начинает варить, электрод прилипает часто. По мере приобретения навыка правильного расположения электрода над металлом, поддержки оптимального расстояния прилипания происходить не должно. Прилипший электрод можно оторвать, наклонив его в другую сторону или выключив сварочный аппарат.

Если электрод прилипает слишком часто, возможно, что сила тока недостаточно велика, ее необходимо увеличить.

При оптимальной правильной удаленности электрода от места сварки (около 3 мм), происходит образование дуги с температурой порядка 5000-6000ºC. После возгорания дуги электрод можно слегка приподнять от рабочей поверхности, на несколько миллиметров.

Вернуться к оглавлению

Перемещение электрода и сварная ванна

При плавлении электрода и основного материала образуется сварная ванна (лужица расплавленного металла).

Электрод и дуга вместе со сварной ванной (зоной расплавленного металла) плавно перемещаются вдоль линии соединения. Скорость перемещения электрода определяется скоростью расплавления металла и изменения его цвета. Быстрое передвижение электрода осуществляется при работе с тонкими листами, быстро нагревающимися и легко образующими сварную ванну. Замедленное перемещение электрода применяется на толстых массивных соединениях.

Форма перемещения электрода (прямо, зигзагом, петлями) определяется шириной сварного шва и глубиной проплавления. Электрод может перемещаться прямолинейно (ровно) при небольшой сварочной ширине. Он может двигаться петлями, зигзагом, если необходимо проварить достаточную ширину и глубину соединения. Варианты движения электрода приведены на Рисунке 1.

Рисунок 1. Способы движения электрода.

Выпуклость шва после застывания сварной ванны определяется положением электрода во время сварки. Если электрод расположен почти вертикально, шов будет ровным, а проплавление — глубоким. Более наклонное расположение электрода формирует выпуклую поверхность сварного соединения и уменьшение глубины проплавления. Слишком большой наклон электрода располагает дугу в направлении шва, делая процесс сваривания плохоуправляемым.

Для качественного соединения расплавленная ванна должна иметь тонкие края, быть достаточно жидкой и послушно перемещаться за электродом.

Ванна в светофильтре (сквозь темное стекло) выглядит как оранжевая поверхность с рябью. Появление оранжевого цвета ванны (капли жидкого расплава) может расцениваться в качестве индикатора для дальнейшего перемещения электрода. То есть если появился оранжевый цвет, то сдвигаем электрод дальше на несколько миллиметров.

В месте окончания проплавления необходимо увеличить размер сварной ванны. Для этого электрод должен удерживаться над данной точкой на несколько секунд дольше.

Если происходит сквозное проплавление материала, необходимо уменьшить величину тока и взять другой электрод (меньшего диаметра). Прожженным дырам дают остыть, сколачивают с них шлак и после этого заваривают.

После сварки необходимо постучать молотком по сварному шву. Это позволит удалить с него окалину и визуально проверить сварное соединение на отсутствие несплошностей или непроваров.

1. Физические основы сварки

Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения материалов за счёт образования атомной связи. Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии.

На первой стадии необходимо сблизить поверхности свариваемых материалов на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 А). Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются при сжатии даже значительными усилиями. Соединению материалов мешает их твердость, при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно они не были обработаны. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности - окислы, жировые пленки и пр., а также слои абсорбированных примесных атомов. Ввиду указанных причин выполнить условие хорошего контакта в обычных условиях невозможно. Поэтому образование физического контакта между соединяемыми кромками по всей поверхности достигается либо за счёт расплавления материала, либо в результате пластических деформаций, возникающих в результате прикладываемого давления. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате поверхность раздела между деталями исчезает и образуется либо атомная металлическая связи (свариваются металлы), либо ковалентная или ионная связи (при сварке диэлектриков или полупроводников). Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения различают три класса сварки: сварка плавлением, сварка давлением и термомеханическая сварка (рис. 1.25).

Рис. 1.25.

К сварке плавлением относятся виды сварки, осуществляемой плавлением без приложенного давления. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и «джоулево тепло». В этом случае расплавы соединяемых металлов объединяются в общую сварочную ванну, а при охлаждении происходит кристаллизация расплава в литой сварочный шов.

При термомеханической сварке используется тепловая энергия и давление. Объединение соединяемых частей в монолитное целое осуществляется за счет приложения механических нагрузок, а подогрев заготовок обеспечивает нужную пластичность материала.

К сварке давлением относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. В результате металл деформируется и начинает течь, подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязненный слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала, которые и вступают в химическое взаимодействие.

2. Основные виды сварки

Ручная электродуговая сварка. Электрическая дуговая сварка в настоящее время является важнейшим видом сварки металлов. Источником тепла в данном случае служит электрическая дуга между двумя электродами, одним из которых является свариваемые заготовки. Электрическая дуга является мощным разрядом в газовой среде. 

Процесс зажигания дуги состоит из трех стадий: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на 3-5 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание производится с целью разогрева электрода (катода) до температуры интенсивной экзо- эмиссии электронов.

На второй стадии эмитированные электродом электроны ускоряются в электрическом поле и вызывают ионизацию газового промежутка «катод-анод», что приводит к возникновению устойчивого дугового разряда. Электрическая дуга является концентрированным источником тепла с температурой до 6000 оС. Сварочные токи достигают 2-3 кА при напряжении дуги (10-50) В. Наиболее часто применяется дуговая сварка покрытым электродом. Это ручная дуговая сварка электродом, покрытым соответствующим составом, имеющим следующее назначение:

1. Газовая и шлаковая защита расплава от окружающей атмосферы.

2. Легирование материала шва необходимыми элементами.

В состав покрытий входят вещества: шлакообразующие - для защиты расплава оболочкой (окислы, полевые шпаты, мрамор, мел); образующие газы СО2, СН4, ССl4; легирующие - для улучшения свойств шва (феррованадий, феррохром, ферротитан, алюминий и др.); раскислители - для устранения окислов железа (Ti, Mn, Al, Si и др.) Пример реакции раскисления : Fe2O3+Al = Al2O3+Fe.

Рис. 1.26. : 1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - флюсовая корочка, 4 - газовая защита, 5 - электрод, 6 - покрытие электрода, 7 - сварная ванна

Рис. 1.26 иллюстрирует сварку покрытым электродом. По указанной выше схеме между деталями (1) и электродом (6) зажигается сварочная дуга. Обмазка (5) при расплавлении защищает сварочный шов от окисления, улучшает его свойства путем легирования. Под действием температуры дуги электрод и материал заготовки плавятся, образуя сварную ванну (7), которая в дальнейшем кристаллизуется в сварной шов (2), сверху последний покрывается флюсовой корочкой (3), предназначенной для защиты шва. Для получения качественного шва сварщик располагает электрод под углом (15-20)0 и перемещает его по мере расплавления вниз для сохранения постоянной длины дуги (3-5) мм и вдоль оси шва для заполнения разделки шва металлом. При этом обычно концом электрода совершают поперечные колебательные движения для получения валиков требуемой ширины.

Автоматическая сварка под флюсом.

Широко применяют автоматическую сварку плавящимся электродом под слоем флюса. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности. При сварке под флюсом металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около2/3) и лишь примерно 1/3 за счет электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге. Сварка под слоем флюса производится голой электродной проволокой, которая с катушки подается в зону горения дуги сварочной головкой автомата, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равномерно покрывает шов, образуя твердую корочку шлака.

Таким образом, автоматическая сварка под слоем флюса отличается от ручной сварки по следующим показателям: стабильное качество шва, производительность в (4-8) раз больше, чем при ручной сварке, толщина слоя флюса - (50-60) мм, сила тока - (1000-1200) А, оптимальная длина дуги поддерживается автоматически, шов состоит на 2/3 из основного металла и на 1/3 дуга горит в газовом пузыре, что обеспечивает отличное качество сварки.

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка является принципиально новым видом процесса соединения металлов, изобретенном и разработанным в ИЭС им. Патона. Свариваемые детали покрываются шлаком, нагреваемом до температуры, превышающей температуру плавления основного металла и электродной проволоки.

На первой стадии процесс идет так же, как и при дуговой сварке под флюсом. После образования ванны из жидкого шлака горение дуги прекращается и оплавление кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав. Электрошлаковая сварка позволяет сваривать большие толщи металла за один проход, обеспечивает большую производительность, высокое качество шва. 

Рис. 1.27. :

1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - расплавленный шлак, 4 - ползуны, 5 - электрод

Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 1.27. Сварку ведут при вертикальном расположении деталей (1), кромки которых так же вертикальны или имеют наклон не более 30 o к вертикали. Между свариваемыми деталями устанавливают небольшой зазор, куда насыпают порошок шлака. В начальный момент зажигается дуга между электродом (5) и металлической планкой, устанавливаемой снизу. Дуга расплавляет флюс, который заполняет пространство между кромками свариваемых деталей и медными формующими ползунами (4), охлаждаемыми водой. Таким образом, из расплавленного флюса возникает шлаковая ванна (3), после чего дуга шунтируется расплавленным шлаком и гаснет. В этот момент электродуговая плавка переходит в электрошлаковый процесс. При прохождении тока через расплавленный шлак выделяется джоулево тепло. Шлаковая ванна нагревается до температур (1600-1700) 0С, превышающих температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет кромки свариваемых деталей и погруженный в шлаковую ванну электрод. Расплавленный металл стекает на дно шлаковой ванны, где и образует сварочную ванну. Шлаковая ванна надежно защищает сварочную ванну от окружающей атмосферы. После удаления источника тепла, металл сварочной ванны кристаллизуется. Сформированный шов покрыт шлаковой коркой, толщина которой достигает 2 мм.

Повышению качества шва при электрошлаковой сварке способствует ряд процессов. В заключение отметим основные преимущества электрошлаковой сварки.

Газовые пузыри, шлак и легкие примеси удаляются из зоны сварки по причине вертикального расположения сварного устройства.

Большая плотность сварного шва.

Сварной шов менее подвержен трещинообразованию.

Производительность электрошлаковой сварки при больших толщинах материалов почти в 20 раз превышает аналогичный показатель автоматической сварки под флюсом.

Можно получать швы сложной конфигурации. 

Этот вид сварки наиболее эффективен при соединении крупногабаритных деталей типа корпусов кораблей, мостов, прокатных станов и пр.

Электронно-лучевая сварка.

Источником тепла является мощный пучок электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Быстрые электроны, внедряясь в заготовку, передают свою энергию электронам и атомам вещества, вызывая интенсивный разогрев свариваемого материала до температуры плавления. Процесс сварки осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокое качество шва. Ввиду того что электронный луч можно сфокусировать до очень малых размеров (менее микрона в диаметре), данная технология является монопольной при сварке микродеталей.

Плазменная сварка.

При плазменной сварке источником энергии для нагрева материала служит плазма - ионизованный газ. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей. В электрическом поле электроны и ионы ускоряются, то есть увеличивают свою энергию, а это эквивалентно нагреванию плазмы вплоть до 20-30 тыс. градусов. Для сварки используются дуговые и высокочастотные плазмотроны (см. рис. 1.17 - 1.19). Для сварки металлов, как правило используют плазмотроны прямого действия, а для сварки диэлектриков и полупроводников применяются плазмотроны косвенного действия. Высокочастотные плазмотроны (рис. 1.19) так же применяются для сварки. В камере плазмотрона газ разогревается вихревыми токами, создаваемыми высокочастотными токами индуктора. Здесь нет электродов, поэтому плазма отличается высокой чистотой. Факел такой плазмы может эффективно использоваться в сварочном производстве.

Диффузионная сварка.

Способ основан на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов при высоком вакууме. Высокая диффузионная способность атомов обеспечивается нагревом материала до температуры, близкой к температуре плавления. Отсутствие воздуха в камере предотвращает образование оксидной пленки, которая смогла бы препятствовать диффузии. Надежный контакт между свариваемыми поверхностями обеспечивается механической обработкой до высокого класса чистоты. Сжимающее усилие, необходимое для увеличения площади действительного контакта, составляет (10-20) МПа.

Технология диффузионной сварки состоит в следующем. Свариваемые заготовки помещают в вакуумную камеру и сдавливают небольшим усилием. Затем заготовки нагревают током и выдерживают некоторое время при заданной температуре. Диффузионную сварку применяют для соединения плохо совместимых материалов: сталь с чугуном, титаном, вольфрамом, керамикой и др.

Контактная электрическая сварка.

При электрической контактной сварке, или сварке сопротивлением, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением. Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве. По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

Стыковая контактная сварка.

Это вид контактной сварки, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Детали зажимают в электродах-губках, затем прижимают друг к другу соединяемыми поверхностями и пропускают сварочный ток. Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и др. детали по всей площади их торцов. Существует два способа стыковой сварки:

Сопротивлением: в стыке происходит пластическая деформация и соединение образуется без расплавления металла (температура стыков 0,8-0,9 от температуры плавления).

Оплавлением: детали соприкасаются в начале по отдельным небольшим контактным точкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными плёнками выдавливается из стыка.

Таблица 1.4

Параметры машин для стыковой сварки

Тип машин	W,(кВА)	U раб,(В)	Сварок в час.	F,(кН)

Обозначения столбцов: W - мощность машины, Uраб - рабочее напряжение, производительность, F - усилие сжатия свариваемых деталей, S - площадь свариваемой поверхности.

Температура нагрева и сжимающее давление при стыковой сварке взаимосвязаны. Как следует из рис. 1.28, усилие F значительно уменьшается с ростом температуры нагрева заготовок при сварке.

Шовная контактная сварка.

Разновидность контактной сварки, при которой соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва. При шовной сварке образование непрерывного соединения (шва) происходит последовательным перекрытием точек друг за другом, для получения герметичного шва точки перекрывают друг друга не менее чем на половину их диаметра. На практике применяется шовная сварка:

Непрерывная;

Прерывистая с непрерывным вращением роликов;

Прерывистая с периодическим вращением.

Рис. 1.28.

Шовная сварка применяется в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Осуществляется на переменном токе силой (2000-5000) А. Диаметр роликов равен (40-350) мм, усилие сжатия свариваемых деталей достигает 0,6 т, скорость сварки составляет (0,53,5) м/мин.

Точечная контактная сварка.

При точечной сварке соединяемые детали обычно располагаются между двумя электродами. Под действием нажимного механизма электроды плотно сжимают свариваемые детали, после чего включается ток. За счёт прохождения тока свариваемые детали быстро нагреваются до температуры сварки. Диаметр расплавленного ядра определяет диаметр сварной точки, обычно равный диаметру контактной поверхности электрода.

В зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым деталям точечная сварка может быть двусторонней и односторонней.

При точечной сварке деталей разной толщины образующееся несимметричное ядро смещается в сторону более толстой детали и при большом различии в толщине не захватывает тонкой детали. Поэтому применяют различные технологические приёмы, обеспечивающие смещение ядра к стыкуемым поверхностям, усиливают нагрев тонкого листа за счёт накладок, создают рельеф на тонком листе, применяют более массивные электроды со стороны толстой детали и др.

Разновидностью точечной сварки является рельефная сварка, когда первоначальный контакт деталей происходит по заранее подготовленным выступам (рельефам). Ток, проходя через место касания всех рельефов с нижней деталью, нагревает их и частично расплавляет. Под давлением рельефы деформируются, и верхняя деталь становится плоской. Этот способ применяют для сварки деталей небольших размеров. В табл. 1.5 приведены характеристики машин для точечной сварки.

Таблица 1.5

Характеристики машин для точечной сварки

Тип машины	W,(кВА)	U раб,(В)	D,(мм)	F,(кН)	Сварок в час

Обозначения столбцов: W - мощность машины, ираб - рабочее напряжение, D - диаметр электрода, F - усилие сжатия свариваемых деталей, сварок в час - производительность.

Точечная конденсаторная сварка.

Одним из распространенных видов контактной сварки является конденсаторная сварка или сварка запасённой энергией, накопленной в электрических конденсаторах. Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения (генератора или выпрямителя), а затем в процессе разрядки преобразуется в теплоту, используемую для сварки. Накопленную в конденсаторах энергию можно регулировать изменением ёмкости конденсатора (С) и напряжения зарядки (U). 

Существует два вида конденсаторной сварки:

Бестрансформаторная (конденсаторы разряжаются непосредственно на свариваемые детали);

Трансформаторная (конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора, во вторичной цепи которого находятся предварительно сжатые свариваемые детали).

Принципиальная схема конденсаторной сварки приведена на рис. 1.29.

Рис. 1.29. : Тр - повышающий трансформатор, В - выпрямитель, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - сопротивление свариваемых деталей, К - ключ- переключатель

В положении переключателя 1 конденсатор заряжается до напряжения U0. При переводе переключателя в поз. 2 конденсатор разряжается через контактное сопротивление свариваемых деталей. При этом возникает мощный импульс тока.

Напряжение с конденсатора подается на заготовку через точечные контакты площадью ~ 2 мм. Возникающий при этом импульс тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца разогревает область контакта до рабочей температуры сварки. Для обеспечения надежного прижимания свариваемых поверхностей через точечные электроды на детали передается механическое напряжение порядка 100 МПа.

Основное применение конденсаторной сварки состоит в соединении металлов и сплавов малых толщин. Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность.

Для определения эффективности сварки оценим максимальную температуру в области контакта свариваемых деталей (Тmax).

Ввиду того что длительность импульса разрядного тока не превышает 10 -6 с, расчет проведен в адиабатическом приближении, то есть пренебрегая теплоотводом из области протекания тока. 

Принцип контактного нагрева деталей представлен на рис. 1.30.

Рис. 1.30.: 1 - свариваемые детали толщиной d = 5*10 -2 см, 2 - электроды площадью S= 3*10 -2 см, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - контактное сопротивление

Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность, которая составляет (0,1-0,2) кВА. Продолжительность импульса сварочного тока - тысячные доли секунды. Диапазон свариваемых толщин металла находится в пределах от 0,005 мм до 1 мм. Конденсаторная сварка позволяет успешно соединять металлы малых толщин, мелкие детали и микродетали, плохо различимые невооруженным глазом и требующие при сборке применения оптических приборов. Этот прогрессивный способ сварки нашел применение в производстве электроизмерительных приборов и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов и т.д.

Холодная сварка .

Соединение заготовок при холодной сварке осуществляется путем пластического деформирования при комнатной и даже при отрицательных температурах. Образование неразъемного соединения происходит в результате возникновения металлической связи при сближении соприкосающихся поверхностей до расстояния, при котором возможно действие межатомных сил, причем в результате большого усилия сжатия пленка окислов разрывается и образуются чистые поверхности металлов. 

Свариваемые поверхности должны быть тщательно очищены от адсорбированных примесей и жировых пленок. Холодной сваркой могут быть выполнены точечные, шовные и стыковые соединения.

На рис. 1.31 представлен процесс холодной точечной сварки. Листы металла (1) с тщательно зачищенной поверхностью в месте сварки помещают между пуансонами (2), имеющими выступы (3). Пуансона сжимают с некоторым усилием Р, выступы (3) вдавливаются в металл на всю их высоту, пока опорные поверхности (4) пуансонов не упрутся в наружную поверхность свариваемых заготовок.

Рис. 1.31.

Холодной сваркой выполняют соединения проволок, шин, труб внахлест и встык. Давление выбирают в зависимости от состава и толщины свариваемого материала, в среднем оно составляет (1-3) ГПа.

Индукционная сварка.

Этим способом преимущественно сваривают продольные швы труб в процессе их изготовления на непрерывных станах и наплавляют твердые сплавы на стальные основания при изготовлении резцов, буровых долот и другого инструмента.

При этом способе металл нагревается пропусканием через него токов высокой частоты и сдавливается. Индукционная сварка удобна тем, что она бесконтактна, токи высокой частоты локализуются вблизи поверхности нагреваемых заготовок. Подобные установки работают следующим образом. Ток высокочастотного генератора подводится к индуктору, который индуцирует вихревые токи в заготовке, и труба разогревается. Станы подобного типа успешно применяют для изготовления труб диаметром (12-60) мм со скоростью до 50 м/мин. Питание током производится от ламповых генераторов мощностью до 260 кВт при частоте 440 кГц и 880 кГц. Изготавливаются так же трубы больших диаметров (325 мм и 426 мм) с толщиной стенки (7-8)мм, со скоростью сварки до (30-40) м/мин.

Особенности сварки различных металлов и сплавов

Под свариваемостью понимают способность металлов и сплавов образовывать соединение с теми же свойствами, что и свариваемые металлы, и не иметь дефектов в виде трещин пор, каверн и неметаллических включений.

При сварке почти всегда возникают остаточные сварочные напряжения (как правило, растягивающие в шве и сжимающие в основном металле). Для стабилизации свойств соединения необходимо снизить эти напряжения.

Сварка углеродистых сталей.

Электродуговая сварка углеродистых и легированных сталей ведется электродными материалами, обеспечивающими необходимые механические свойства. Основная трудность при этом заключается в закалке околошовной зоны и в образовании трещин. Для предупреждения образования трещин рекомендуется:

1) производить подогрев изделий до температур (100-300) 0С;

2) заменять однослойную сварку многослойной;

3) применять электроды с покрытием (сварку ведут на постоянном токе обратной полярности);

4) производить отпуск изделия после сварки до температуры 300 0С.

Сварка высокохромистых сталей.

Высокохромистые стали, содержащие (12-28) % Cr, обладают нержавеющими и жаропрочными свойствами. В зависимости от содержания хрома и углерода высокохромистые стали по структуре делятся на ферритовые, ферритно- мартенситные и мартенситные.

Трудности при сварке ферритовых сталей связаны с тем, что в процессе охлаждения в области 1000 0С возможно выпадение на границах зерен карбида хрома. Это снижает коррозионную стойкость стали. Для предотвращения указанных явлений необходимо:

1) применять пониженные значения тока с целью обеспечения больших скоростей охлаждения при сварки;

2) вводить в сталь сильные карбидообразователи (Ti,Cr, Zr, V);

3) производить отжиг после сварки при 900 0С для выравнивания содержания хрома в зернах и на границах.

Феррито-мартенситные и мартенситные стали рекомендуется сваривать с подогревом до (200-300) 0С.

Сварка чугуна.

Сварка чугуна производится с подогревом до (400-600) 0С. Сварку ведут чугунными электродами диаметром (8-25) мм. Хорошие результаты дает диффузионная сварка чугуна с чугуном и чугуна со сталью.

Сварка меди и ее сплавов.

На свариваемость меди негативное влияние оказывают примеси кислорода, водорода, свинца. Наиболее распространена газовая сварка. Перспективна дуговая сварка угольными и металлическими электродами.

Сварка алюминия.

Сварке препятствует оксидная пленка Al2O3. Только применение флюсов (NaCl, RCl, LiF) позволяет растворить оксид алюминия и обеспечить нормальное формирование сварного шва. Хорошо сваривается алюминий диффузионной сваркой.

Процесс сварки помогает продумано использовать материалы в процессе производства, а также значительно экономит затраченное время. При этом механизация и автоматизация шагают вперед большими шагами, повышается производительность, а условия труда работников становятся лучше.

Что такое сварка

Сварка является прогрессивным технологическим процессом, который позволяет получить неразъемные соединения деталей, а также создать конструкции высокого эксплуатационного качества. Плюсы сварных соединений дают возможность постоянно применять их для создания разного рода конструкций.

Научно-технический прогресс не стоит на месте, в нем участвует и сварка. Способы сварки все расширяются, применяются все новые виды. Например, в микроэлектронике сегодня имеется возможность сваривать детали толщиной в несколько микрометров, а в тяжелом машиностроении - детали с толщиной несколько метров. Учитывая то, что в производстве применяются углеродистые и низколегированные стали, все чаще стали применяться специальные способы сварки специализированных сплавов, легких сплавов, а также таких, в основе которых лежит титан, молибден, цирконий и другие металлы. Прогрессивность способов сварки и ее тип влияют на качество готовых изделий, а также на эффективность всего производства. При этом не забывают и про оборудование для сварки металла - его созданию и переоснащению уделяется огромное внимание.

Непрерывное усложнение конструкций и рост объемов сварки требует производить постоянную технологическую переподготовку производства, т. е. улучшать его трудоемкость, экономические показатели, механизацию и автоматизацию.

Что такое сварные соединения

Обычно, чтобы получить сложную конструкцию, нужно объединить между собой отдельные элементы: детали, агрегаты, узлы. В таких объединениях участвуют разъемные или неразъемные соединения.

Неразъемными соединениями, в получении которых использовалась ручная сварка, называют сварные соединения. Как правило, таким образом скрепляют металлические изделия. Но сварные соединения применяются и для неметаллических деталей - пластмассовых, керамических или из сочетания того и другого.

Чтобы получить сварное соединение, не нужны дополнительные соединительные элементы (заклепки, накладки). Соединение здесь образуют внутренние силы системы, т. е. атомы металла двух деталей образуют между собой связи. Ионы и электроны взаимодействуют между собой, образуя металлическую связь.

Для того чтобы получить сварное соединение, недостаточно просто скрепить детали - им нужна некоторая дополнительная энергия, с помощью которой атомы преодолеют энергетический барьер. Эту энергию они получают при сварке путем термической или механической активации. Таким образом, чтобы получить сварные соединения, нужно сблизить части и приложить энергию активации.

Виды сварки

От того, какая активация лежит в основе сварного соединения, выделяют основные способы сварки: плавление и давление.

При первом виде соединяемые кромки деталей оплавляют с помощью источника нагрева. На таких поверхностях появляется жидкий металл. Когда он сливается в массу, получается жидкая сварочная ванна. Затем сварочная ванна охлаждается, жидкий металл становится твердым, и получается сварной шов.

Сварка давлением - это непрерывное или прерывистое совместное пластическое деформирование кромок металлических деталей. С помощью пластической деформации межатомные связи в соединяемых частях устанавливаются легче и быстрее. Чтобы ускорить процесс, при сварке используют давление и нагрев.

Сварка под давлением, ее способы

Что собой представляет данный вид, мы описали выше, теперь рассмотрим способы сварки металлов под давлением:

Контактная сварка . Здесь детали нагреваются теплом, которое образуется в свариваемых деталях, когда через них пропускают ток. После того как детали нагрелись или немного расплавились, их сдавливают. Так происходит сама сварка. Способы сварки: стыковой, точечный, шовный.

При стыковой сварке детали зажимают токоподводящими зажимами, соединяют торцы и пускают сварочный ток. В местах зажимов детали нагреваются, затем их сжимают. Так получается сварное соединение. Такой способ в основном применяют при соединении труб и деталей с компактным сечением. Способы сварки труб могут быть и другими, но основным считается этот.

При точечной сварке детали соединяют с помощью отдельных точек. Таким методом скрепляются листовые детали. Листы, которые нужно сварить, складывают друг на друга и сжимают их с помощью медных цилиндрических электродов сварочного аппарата. После этого пускают ток. Так получается точечное сварное соединение. Такое соединение выполняется быстро и качественно.

Шовную сварку применяют также для того, чтобы соединить листовые детали. Данный вид сварки похож на предыдущий, только в данном случае электроды - это медные диски, которые перекатываются по свариваемым кромкам. Ток при таком соединении нужно пускать прерывисто. Само шовное соединение получается очень прочным и плотным.

Ультразвуковая сварка - еще один вид. В ее основе лежит совместное воздействие на свариваемые металлические детали ультразвуковых колебаний и сжимающего усилия. Специальные ультразвуковые генераторы преобразовывают электрическую энергию в механическую. Когда свариваемым деталям сообщают механические колебания, начинается вибрация с частотой ультразвука. Данная вибрация вызывает трение, с помощью которого поверхности разогреваются, после этого происходит сжатие - и соединение готово. Этот способ используют при скреплении тонких металлических деталей или при сваривании неметаллических изделий (из пластмассы).

Сварка с помощью трения . Данный метод предполагает трение свариваемых частей до их разогрева. После этого детали в пластичном состоянии сжимают, и образуется соединение. Такую сварку используют, когда изготавливают составной инструмент (сверла, резцы, развертки и др.), а также, когда необходимо соединить разнородные материалы.

Диффузионная сварка . Детали при такой сварке немного нагреваются и незначительно сжимаются, после чего их помещают в вакуумированную камеру и выдерживают там определенное время. Такие условия подталкивают атомы в поверхностях деталей к взаимной диффузии. Для нагрева обычно используется индукционный способ. Большой плюс этого метода - детали при этом не расплавляются и не деформируются. С его помощью можно соединять практически любые металлы и их сочетания, а также металлические детали с неметаллическими - из керамики, стекла, графита.

Высокочастотная сварка . Здесь кромки разогреваются с помощью токов высокой частоты и потом сдавливаются. Этим способом сваривают продольные швы труб из стали, латуни и др. материалов.

Холодная сварка . При этом способе сварка осуществляется сильным сдавливанием деталей. В этом случае происходит сильная деформация металла и выполняется соединение. Никакого нагрева при этом нет. Таким способом соединяют пластичные детали, например медь или алюминий. Используется в электротехнической промышленности.

Сварка с помощью взрыва . Здесь из-за взрыва быстродвижущиеся свариваемые детали соударяются, и образуется соединение. С помощью данного метода получают биметаллические заготовки, соединяют разнородные материалы. Рассмотрим, какая еще может быть сварка.

Способы сварки плавлением

Таких видов соединения не так уж и много.

Газовая сварка . Здесь основной присадочный материал расплавляется от теплоты газового огня, который возникает во время сжигания горючих газов и кислорода. Обычно для этой цели применяют ацетилен, который, соединяясь с кислородом, дает очень высокую температуру пламени. Данная сварка применяется для изделий из стали, цветных металлов, а также при разных видах ремонтных работ.

Электронно-лучевая сварка . Для данного вида нужна специальная камера, где высокое разрешение среды. Основной металл плавится за счет облучения его быстролетящими электронами. Вакуум в камере нужен для того, чтобы защитить свариваемый металл и предотвратить ионизацию среды электронами. При этом способе в месте нагрева образуется высокая концентрация теплоты. С помощью электронно-лучевой сварки соединяют тугоплавкие, химически высокоактивные металлы, а также их сплавы.

Лазерная . Здесь расплавление соединяемых деталей производят при использовании энергии светового луча, который выдает оптический квантовый генератор. При лазерной сварке в месте нагрева скапливается высокая концентрация энергии. С его помощью соединяют различные металлы, их сплавы и сочетания. Плюсы лазерной сварки: процесс быстрый, небольшая околошовная зона и небольшой размер сварного шва.

Это все основные виды и способы сварки плавлением.

Классификация

На сегодняшний день существуют различные способы сварки. ГОСТ классифицирует сварочные процессы более чем на 150 разновидностей. В основе классификации лежат следующие признаки: физические, технические и технологические. Классификация способов сварки по физическим признакам разделяет все виды на три класса: термический, термомеханический и механический. В основе этого разделения лежит форма энергии, которая используется при сварном соединении.

В термический класс входят те виды, где присутствует тепловая энергия:

• газовая;
• дуговая;
• электрошлаковая;
• электронно-лучевая;
• лазерная и т. п.

В термомеханический класс входят те виды сварки, где присутствуют тепловая энергия и давление:

• контактная;
• диффузионная;
• газопрессовая;
• дугопрессовая;
• кузнечная и др.

К механическому классу относится сварка давлением, т. е. где используется механическая энергия:

• холодная сварка;
• сварка трением;
• ультразвуковая и т. д.

Технические признаки классификации следующие:

• способ защиты металла в месте сварки;
• непрерывность процесса;
• механизация процесса сварки.

Технологические признаки у каждого способа свои, и устанавливаются индивидуально. Например, в основе классификации дуговой сварки может лежать: вид электрода, характер защиты, уровень автоматизации и т. п.

Технология контактной сварки и оборудование для нее

Контактная сварка является одним из самых распространенных видов. Возникла она в XVIII столетии, а в XIX веке появилось специальное оборудование для контактной сварки. Вплоть до 2000-х годов она развивалась и массово внедрялась на производстве, и к сегодняшнему дню это самая производительная сварка.

Способы сварки данным способом мы уже рассмотрели выше. Это точечная, шовная и стыковая.

Способ контактной сварки определяется по конструкторско-технологическим признакам процесса. К ним относятся:

• род сварочного тока;
• форма импульса;
• место подвода тока;
• число импульсов;
• число точек, которые нужно сварить одновременно;
• характер нагрева металла;
• характер сжатия сварочного места;
• степень деформации сварочного места;
• подготовка поверхности свариваемых частей;
• тип соединения деталей;
• дополнительные источники нагрева;
• интенсивность режима сварки.

Сочетая различные конструкторско-технологические признаки, можно получить около 200 способов контактной сварки.

Основными достоинствами являются:

• мгновенное создание высококонцентрированного направленного потока тепловой энергии;
• простой технологический процесс;
• минимальный расход электроэнергии, воздуха и воды;
• для образования соединения не нужна присадочная проволока, защитные среды и другие вспомогательные материалы;
• минимальная вынужденная деформация при сварном соединении;
• отсутствие коробления и зоны термовлияния;
• легкая механизация и автоматизация при загрузке и выгрузке деталей, из-за чего обеспечивается высокая производительность.

Контактная сварка применяется во многих областях: и космические аппараты, и микросхемы в электронике, и магистральные трубопроводы, и предметы бытового потребления.

Этим методом пользуются при соединении конструкционных, легированных, жаропрочных и коррозийно-стойких сталей, титановых, алюминиевых, магниевых сплавов, латуни, бронзы, тугоплавких сплавов и композиционных металлов.

С помощью контактной сварки массово производят автомобили, пассажирские вагоны, приборы электроники, прокладывают магистральные трубопроводы и рельсовые пути.

Газовая сварка

При газовой сварке металлические изделия соединяются при плавлении кромок деталей. Этот метод довольно простой, не требует сложного оборудования, а также при таких работах не нужна электроэнергия. Но этот способ имеет и свои недостатки: небольшая скорость и большая зона нагрева свариваемого изделия.

И все же газовую сварку активно применяют в различных отраслях. Она используется для ремонта, для изготовления тонких стальных листов, тонкостенных труб, а также совершенно различных деталей.

При осуществлении такой сварки используется газовая горелка, которая работает на горючем газе с кислородом. При горении вырабатывается тепловая мощность, ее можно регулировать с помощью наконечников.

Существуют следующие способы газовой сварки: правый и левый. При левом способе процесс проходит справа налево. Здесь мастер не направляет пламя прямо на изделие, а присадочную проволоку перемещает перед пламенем горелки.

Этот способ наиболее популярен, с помощью него сваривают довольно тонкие изделия и легкоплавкие металлы. Он подогревает кромки изделия, что позволяет хорошо перемещаться сварочной ванне. При этом мастер хорошо контролирует образование сварочного соединения, что обеспечивает хорошее качество и лучший внешний вид.

При правом способе направление другое - слева направо. Пламя здесь направляется прямо на сваренный шов, а присадочная проволока перемещается за пламенем. Данный способ лучше защищает сварочную ванну от воздуха, металл охлаждается медленно и тепло по изделию распространяется медленнее.

Правый способ считается более экономичным и высокопроизводительным. При этом левым способом лучше сваривать тонкие металлы, здесь производительность будет более оптимальной.

Соединение чугуна

Как известно, чугун сваривается плохо, поэтому такие конструкции из него не изготавливают. Сваривают чугун в двух случаях: исправляя пороки различных отливок и ремонтируя отдельные чугунные детали заводского оборудования.

Значительно осложняют процесс специфические свойства материала:

• чугун не переносит высокие скорости охлаждения, присущие сварке;
• отличается своими низкими пластическими свойствами и чувствительностью к перенапряжению;
• при охлаждении объем чугуна увеличивается, что создает напряженное состояние в зоне сварки;
• во время процесса выгорает углерод, который входит в состав чугуна, что делает металл пористым.

Несмотря на это, этот материал соединяют довольно часто. Существуют следующие способы сварки чугуна:

Горячая . Здесь чугун нагревается равномерно и затем медленно охлаждается. Это обеспечивает графитизацию материала и предотвращает выделение углерода.

Полугорячая . Здесь также достигают графитизации чугуна, но другим способом - вводя в зону сварки графитизирующие вещества. При этом изделие подогревают с помощью готового пламени.

Холодная . При таком типе сварке изделие не подогревают, а сам процесс происходит с помощью стальных электродов, электродов и специальных сплавов, с помощью чугунных электродов.

Дуговая

Дуговая сварка является наиболее распространенным методом. Сам процесс представляет собой сварку плавлением, при котором кромки нагреваются от тепла электрической дуги. Существуют следующие способы дуговой сварки:

Электрошлаковая . Заключается в плавлении обрабатываемых изделий и электрода с помощью теплоты, которую выделяет ток, проходя через расплавленный шлак.

Сварка в защитном газе . Она происходит с помощью неплавящегося или плавящегося электрода. В первом случае кромки формируют сварное соединение. Во втором случае шов образует расплавленная электродная проволока. Чтобы шов во время обработки не окислился, его защищают специальным газом.

Дуговая ручная сварка . Производится двумя способами: плавящимся и неплавящимся электродом.

Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом заключается в соприкосновении обрабатываемых кромок изделия. Такой тип соединений плавящимся электродом происходит с помощью штучного с покрытием-обмазкой.

Однородных материалов за счет образования атомных связей называется сваркой. При этом в месте контакта происходит плотное сплавление двух материалов в один. Несмотря на то что такое соединение используется уже длительное время, современная сварка металлов, виды и технология ее выполнения совершенствуются постоянно, что позволяет производить стыковку различных изделий с повышенной надежностью и качеством.

Особенности сваривания поверхностей

Весь процесс сварки металлов протекает в две стадии. Сначала поверхности материалов необходимо приблизить друг к другу на расстояние сил межатомного сцепления. При комнатной температуре стандартные металлы не способны соединиться даже при сжатии со значительным усилием. Виной этому служит их физическая твердость, поэтому контакт при сближении таких материалов происходит лишь в некоторых точках, независимо от качества обработки поверхностей. Именно загрязнение поверхности существенно влияет на возможность сцепления материалов, ведь пленки, окислы, а также слои примесных атомов всегда присутствуют в естественных условиях.

Поэтому создание контакта между кромками деталей может достигаться либо за счет пластических деформаций, которые возникают в результате приложенного давления, либо в случае расплавления материала.

На следующей стадии сварки металла осуществляется электронная диффузия между атомами соединяемых поверхностей. Поэтому поверхность раздела между кромками исчезает и получается или металлическая атомная связь, или ионная и ковалентная связи (в случае полупроводников или диэлектриков).

Классификация видов сварки

Технология проведения сварочных работ постоянно совершенствуется и становится разнообразнее. На сегодняшний день существует около 20 видов сварки металла, которые классифицируются на три группы:

Сварка плавлением

Этот вид сварочных работ находит широкое применение, как в промышленных условиях, так и в быту. К соединению металлов плавлением относятся:

1. Электродуговая сварка. Производится созданием между металлом и электродом высокотемпературной электрической дуги.
2. При плазменном соединении источником тепла служит ионизированный газ, который проходит с высокой скоростью через электрическую дугу.
3. Шлаковая сварка осуществляется благодаря нагреву расплавленного флюса (шлака) электрическим током.
4. Лазерное соединение происходит благодаря обработке металлической поверхности лазерным лучом.
5. При электронно-лучевой сварке нагревание места стыка осуществляется за счет кинетической энергии движущихся электронов в вакууме под воздействием электрического поля.
6. Газовая сварка металлов основана на нагревании точки соединения потоком огня, который образуется при сгорании кислорода и газа.

Электродуговое сварочное соединение

Дуговая сварка предполагает использование источника тока с большим номинальным значением, при этом аппарат имеет небольшое напряжение. Подключение трансформатора происходит одновременно на металлическую заготовку и сварочный электрод.

В результате сварки металла электродом образуется электрическая дуга, за счет которой происходит расплавление кромок соединяемых заготовок. В зоне действия дуги создается температура около пяти тысяч градусов. Такого нагрева вполне достаточно для расплавления любых металлов.

Во время плавления металла соединяемых деталей и электрода формируется сварочная ванна, в которой и происходят все процессы сцепления. Шлак поднимается на поверхность расплавленного состава и формирует специальную защитную пленку. В процессе дуговой сварки металла применяются электроды двух типов:

• неплавящиеся;
• плавящиеся.

При использовании неплавящегося электрода необходимо в зону действия электрической дуги вводить специальную проволоку. Плавящиеся электроды сварной шов формируют самостоятельно. В состав таких электродов добавляются специальные присадки, которые не позволяют дуге гаснуть и увеличивают ее устойчивость. Это могут быть элементы с высокой степенью ионизации (калий, натрий).

Способы соединения дугой

Электродуговая сварка осуществляется тремя способами:

Технология газосварки

Этот вид сварочных работ позволяет соединять различные металлические конструкции не только на промышленных предприятиях, но и в бытовых условиях. Технология сварки металла не очень сложная, газовая смесь при горении расплавляет кромки поверхности, которые заполняются присадочной проволокой. При остывании шов кристаллизуется и создает прочное и надежное соединение материалов.

Газовая сварка имеет много положительных аспектов:

1. Возможность соединять различные детали в автономном режиме. Причем для этой работы не требуется мощный источник энергии.
2. Простое и надежное оборудование газосварки легко поддается транспортировке.
3. Возможность осуществлять регулируемый процесс сварки, так как легко вручную изменять угол наклона огня и скорость нагрева поверхности.

Но есть и недостатки применения такого оборудования:

Шлаковая сварка

Такой вид соединения считается принципиально новым способом получения сварного шва. Поверхности свариваемых деталей покрываются шлаком, который нагревается до температуры, превышающей плавление проволоки и основного металла.

На начальной стадии сварка аналогична дуговому соединению под флюсом. Затем, после образования сварочной ванны из жидкого шлака, дуга прекращает свое горение. Дальнейшее расплавление кромок детали осуществляется за счет тепла, которое выделяется при протекании тока. Особенностью этого вида сварки металла является высокая производительность процесса и качество

Сварочное соединение давлением

Соединение металлических поверхностей посредством механического деформирования чаще всего производится в условиях промышленного производства, так как для выполнения такой технологии требуется дорогостоящее оборудование.

К сварке давлением относятся:

1. Ультразвуковая стыковка частей металла. Выполняется благодаря колебаниям ультразвуковой частоты.
2. Холодная сварка. Осуществляется на основе межатомного соединения двух деталей путем создания большого давления.
3. Кузнечно-горновой метод. Известен с давних времен. Материал нагревается в горне, а затем сваривается механической или ручной проковкой.
4. Газовая с прессовкой сварка. Очень похожа на кузнечный метод, только для нагрева применяется газовое оборудование.
5. Контактное электрическое соединение. Считается одним из самых популярных видов. При такой сварке нагрев металла осуществляется прохождением по нему электрического тока.
6. При сила давления на металл невысокая, но зато необходима большая температура нагрева места соединения.

Точечная контактная сварка

Соединяемые поверхности при такой сварке находятся между двумя электродами. Под действием пресса электроды сжимают детали, после чего подается напряжение. Нагрев места сварки происходит за счет прохождения тока. От размера контактной площадки электрода полностью зависит диаметр места сварки.

От того, как расположены электроды по отношению к соединяемым деталям, контактная сварка может быть односторонней или двусторонней.

Существует много видов контактной сварки, работающих по аналогичному принципу. К ним можно отнести: стыковую сварку, шовную, конденсаторную.

Техника безопасности

Работа со сварочным оборудованием сопряжена со многими опасными для здоровья оператора факторами. Высокая температура, взрывоопасная среда и вредные химические испарения требуют от человека строгого соблюдения мер безопасности:

Существует большое количество видов сварки металла, какой из них выбрать решает сам сварщик, исходя из наличия оборудования и способности достичь требуемого результата работы. Сварщик должен знать устройство и принципы работы на определенном оборудовании.