Основные виды сварки и их особенности

Электродуговая контактная сварка

Наибольшее распространение получили именно аппараты электродуговой сварки. Для нагрева и плавки металла задействуется электрическая дуга, которая представляет собой разряд между катодом и анодом. При этом освобождается тепловая энергия большой мощности. Воздействуя на металлическую заготовку, она приводит к ее плавлению с последующим образованием сварочной ванны.

После угасания дуги немедленно начинается остывание и кристаллизация расплава. В результате образуется соединение по составу и прочности сопоставимое с металлами, которые сваривались. Существует несколько видов электродуговой сварки.

ММА – ручная дуговая сварка

Используется со штучными электродами, представляющими собой металлический стержень с обмазкой. Процесс протекает под воздействием постоянного или переменного тока. Покрытие расходников плавится, выделяя газы, которые образуют облако для защиты свариваемого металла от окисления. Помимо этого, в обмазку включаются разные химические соединения, которые служат в качестве добавки в сварочную ванну для изменения свойств сварочного шва и поддержки стабильного горения электрической дуги.

Аппараты – инвертеры, выпрямители, трансформаторы – позволяют выполнять работы в любом пространственном положении. Если подобрать расходные материалы правильно, то можно сваривать любые металлы: черные, цветные, легированные и т.п. Важно подчеркнуть, что держатели могут проникать в труднодоступные места, где использование другого вида сварки невозможно.

Сварка ММА подходит и для профессионалов, и для новичков. Она широко используется в строительстве, монтаже металлоконструкций, в разных отраслях тяжелой промышленности, в частном предпринимательстве. Она необходима для небольшой мастерской по изготовлению металлоконструкций, станции технического обслуживания автомобилей, большого машиностроительного завода. Она незаменима в хозяйстве, когда требуется сконструировать что-то из металла самостоятельно или отремонтировать прохудившийся металлический каркас.

Принципы классификации сварки

Количество способов и видов сваривания различных материалов уверенно перевалило за полторы сотни. Для того, чтобы качественно сварить металлы, необходимо правильно выбрать метод сваривания. В этом поможет классификация видов сварки. Существует множество «самодельных» классификаций, которые создают хаос в данном вопросе и способствуют закупке оборудования, несоответствующего поставленным задачам. Единственно правильным подходом следует считать практику классифицирования по принципу осуществления физического воздействия, степени технического обеспечения и применению различных технологий.

Признаки физического воздействия

Для определения класса сварки необходимо рассмотреть форму приложенной энергии.

Различают три класса сварки:

• термический;
• термомеханический;
• механический.

Термический класс объединяет в себе процессы, происходящие за счёт использования различных видов тепловой энергии. Наибольший объём работ в этом классе выполняется дуговой и газовой сваркой. Эти два вида обязательны в любых производствах, связанных с созданием металлических конструкций или их ремонтом.

Термомеханический класс предполагает два вида воздействия: нагрев и давление. Ярким примером служит контактная сварка, когда электроды одновременно разогревают и сжимают детали. Гораздо реже встречаются другие представители этого класса: дугопрессовая, диффузионная и кузнечная.

Состав механического класса не велик, но достаточно интересен. С одной стороны это экономически выгодные виды сварки, а с другой стороны, они требуют столь специфических условий, что имеют очень малую область применения. Экономическая выгода обусловлена отсутствием нагрева. К этому классу относят холодную сварку давлением (гипербарическая), сварку трением, ультразвуковую сварку и сварку взрывом.

Технические признаки

Для этой классификации задействованы такие принципы:

• принцип защиты от окисления;
• непрерывность процесса;
• уровень механизации.

Качество шва зависит от степени защиты от окисления. Наиболее распространёнными считаются технологии сваривания в среде защитных газов. Часто встречается защита флюсом, пеной и различными комбинированными способами.

Классификация видов сварки по непрерывности процесса не требует особых разъяснений и имеет всего два вида: непрерывные процессы или прерывистые. По степени механизации тоже сильно не мудрили и остановились на следующем варианте классификации:

• ручные;
• механизированные;
• автоматизированные;
• автоматические.

Классификация по технологическим принципам

По технологическим принципам виды сварки классифицируются в зависимости от того, какие технологии лежат в основе процесса сваривания. Это очень разветвлённая и не лишённая противоречий классификация, которая постоянно уточняется и обновляется. Например, в отдельный вид выделена технология дуговой сварки, здесь же она разделяется на mig/mag, mma, tig, которые, в свою очередь, разделяются по виду сварочного тока, диаметру и виду электрода и многим другим признакам.

Газоплазменная

В этом случае металл заготовок плавится под воздействием температуры открытого пламени. Оно образуется в результате горения кислорода с горючими газами – водородом, пропаном, бутаном, ацетиленом и другими. Самой эффективной считается МАФ – метилацетиленовая фракция. Она отличается высокой температурой пламени (2927 градусов) в кислороде и, соответственно, более высокой теплоотдачей. Соединение кислорода и МАФ уступает по токсичности дициану (температура горения 4500 градусов) и менее взрывоопасно по сравнению с ацетилендинитрилом (температура горения 5000 градусов).

Открытое пламя в качестве источника тепла для сварки имеет важное преимущество: оно независимо от энергоснабжения. Поэтому технология широко применяется в «полевых» условиях. Еще одно достоинство заключается в постепенном нагревании металла, что практично при работе с листовыми материалами. Метод непригоден для промышленного использования из-за невозможности автоматизации и низкой производительности. Для работы с такой сваркой от оператора требуется большой стаж сварочных работ.

Аргонно-дуговая сварка

Если вам потребовалось сварить стальную конструкцию, то вы, недолго думая, возьмете в руки сварочный аппарат и без труда справитесь с этой задачей. Но что делать, если сварочные работы требуется произвести, к примеру, для алюминиевой конструкции? Тут-то вам и поможет аргонно-дуговая сварка.

Аргонодуговая сварка является сваркой при помощи электрической дуги в инертной аргоновой среде. Для данной сварки могут использовать плавящиеся или неплавящиеся электроды. Как неплавящимся электродом, чаще всего пользуются вольфрамовым электродом.

Горение дуги происходит от свариваемого изделия до неплавящегося электрода (как уже говорилось, скорее всего, вольфрамового). Крепеж электрода производиться к горелке, по соплу которой производиться подача защитного газа. Подача присадочного материала производиться к зоне дуги из вне, в электрической цепи не включается.

Аргоновый сварку могут производить в ручном режиме, когда управление горелкой и присадочным прутком производит сварщик, и в автоматическом режиме, когда перемещение горелки и присадочной проволоки производиться без помощи рабочего.

При сварке неплавящимся электродом, в отличие от сваривания при помощи плавящегося электрода, во время розжига дуги электрод не прикасается к изделию по таким причинам. Для начала, у аргона имеется высокий потенциал ионизации, по этой причине ионизация дугового промежутка при помощи искры от электрода к изделию – это достаточно сложная задача.

Для случая с аргоновой сваркой при помощи плавящегося электрода после касания проволокой детали, зона дуги насыщается парами металла, которые обладают потенциалом ионизации почти в три раза ниже, чем имеет аргон, в результате чего разжигается дуга.

Кроме этого, если произойдет касание детали и вольфрамового электрода, будут происходить такие вещи как загрязнение и интенсивное оплавление. По этой причине во время аргоновой сварки с использованием неплавящегося электрода, чтобы разжечь дугу к сети источника питания параллельно подключают прибор, который называется «осциллятором».

При помощи осциллятора, чтобы зажечь дугу к электроду производиться подача высокочастотных высоковольтных импульсов, ионизирующих дуговое пространство и обеспечивающих розжиг дуги, когда включается сварочный ток. Если аргоновую сварку производят с переменным током, когда дуга разожжена, осциллятор начинает работать как стабилизатор, подающий импульсы к дуге, когда сменяется полярность.

Это нужно для предотвращения деионизации дугового пространства и обеспечения устойчивого горения дуги.

Во время сварки с постоянным током, анод и катод выделяют разное тепло. Когда токи меньше 300 А, анод выделяет больше тепла чем катод, 70 на 30 в процентном соотношении, по этой причине обычно используют прямую полярность, для обеспечения максимального проплавления детали и минимального разогрева электрода.

При сварке всех сталей, титана и других материалов, кроме алюминия, используется прямая полярность. При сварке алюминия используется переменный ток, чтобы улучшить разрушение оксидной пленки.

Аргон иногда смешивают с 3–5% кислорода, для уменьшения пористости. Это становиться причиной более активной защиты металла. Аргон в чистом виде производит защиту металла от таких явлений как влага или другие включения, попавшие в сварочную зону. А при помощи кислорода осуществляется выгорание вредных примесей, или их выделение наружу. А это помогает бороться с пористостью.

Электрошлаковая

Кромки деталей плавятся за счет нагрева шлака от расплавленного под воздействием электроэнергии флюса, который предварительно насыпается между свариваемыми элементами. Во время процесса применяется проволока или присадочный пруток. Технология востребована для соединения деталей из чугуна, реже – для сварки цветных металлов.

Данный тип сварки востребован в промышленности для соединения крупногабаритных деталей с толстыми стенками (40-500 мм): роторные и турбинные валы, опоры, паровые котлы и т.д. Экономическая выгода от такого метода сварки тем выше, чем больше площадь свариваемой поверхности.

Характеристики сварки аргоном

Иногда возникает необходимость сплавить металлические элементы, которые невозможно соединить обычными видами сварного скрепления, например, детали из алюминия, титана, меди. Чтобы конструкция получилась прочной и надежной, применяется аргоновая технология.

Этот вид сварки совмещает в себе свойства электродугового и газового способа – необходимо обязательное использование электродуги, применение газа и некоторые технологические приемы формирования шва.

При аргонодуговом виде сварки металлов используется инертный газ аргон. Он покрывает участок образования шва и обеспечивает надежную защиту от окислительного процесса, который может произойти от соприкосновения металлических поверхностей с кислородом, содержащимся в воздухе. Аргон не позволяет кислороду проникнуть в зону сопрягаемых поверхностей.

Сварочные операции могут осуществляться в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режиме. В зависимости от режима используется два вида электродов: плавящийся и неплавящийся. В качестве последнего используется вольфрамовая проволока, обеспечивающая прочность соединения даже разнородных металлов.

Преимущества аргонодуговой сварочной технологии:

• Невысокая температура нагрева позволяет сохранить размеры и форму свариваемых элементов.
• Инертный газ аргон тяжелее и плотнее воздуха, он обеспечивает надежную защиту зоны формирования шва от проникновения кислорода.
• Высокая мощность нагрева дуги позволяет выполнять сварочные работы за короткий промежуток времени.
• Простота и доступность сварочной технологии позволяет быстро овладеть навыками.

Недостатки аргонодуговой сварочной технологии:

• Аргон улетучивается при сильном ветре и сквозняках. Это приводит к снижению защиты и ухудшению качества шва. Возникает необходимость проводить аргоновые сварочные работы в хорошо вентилируемых помещениях.
• Сложность оборудования затрудняет настройку режимов.
• При использовании высокоамперной дуги необходимо дополнительное охлаждение соединяемых металлов.

Основное достоинство аргонодуговой технологии – возможность производить неразъемное соединение металлических элементов даже в случаях, когда применение других видов сплавления не дает результата.

Плазменная

Плавит и соединяет кромки струя плазмы, которая генерируется в плазмотроне или между поверхностью заготовок и электродом. Метод отличается большой глубиной обработки деталей и высокой точностью сваривания. Она востребована для соединения как мелких и тонкостенных элементов электротехнических конструкций, так и крупных блоков для тяжелой промышленности. Плазма эффективно воздействует на все без исключения виды металлов.

Помимо рассмотренных к термическим видам сварки относится:

• лазерная;
• контактная стыковая с оплавлением;
• электролучевая;
• с закладными нагревателями.

Термомеханическое сваривание материалов

К термомеханическому свариванию относится кузнечная, контактная и подобные им виды. Эти способы сваривания металла используют одномоментно тепловую и механическую энергию. К этому виду относят такие технологии:

• кузнечная;
• контактная;
• диффузионная;

Кузнечной сваркой называется способ, в котором свариваемые изделия сначала нагреваются до необходимой температуры в горне, а потом молотом соединяют друг с другом. Если вместо молота используется пресс, то такой способ называется прессовый.

Контактный вид имеет такое название благодаря тому, что сваривание осуществляется в месте контакта соединяемых деталей. Их сильно прижимают друг к другу с помощью специальных электродов, а затем через точку сдавливания пропускают мощный ток.

В месте контакта получается наибольшее сопротивление, что вызывает выделение основного тепла именно в этой точке. Соответственно, это приводит к расплавлению металла в точке контакта. С помощью контактной получают точечную или шовную сварку.

Контактная сварка получила широкое распространение в машиностроении, особенно в автомобилестроении. Это связано с высокой производительностью и экономичностью данного вида сварки. Она проще всего автоматизируется и широко используется в роботизированных комплексах.

Нельзя не упомянуть диффузионный вид сварки. Его сущность в предварительном нагреве заготовок и последующем их соединении с помощью деформации, которая возникает от механического давления. В таком процессе происходит диффузия атомов из одной соединяемой части в другую и получается неразрывное соединение.

Виды сварочных работ

Классификация сварки связана с используемым оборудованием, а также методом выполнения.

По методу она бывает:

• ручная;
• полуавтоматическая;
• автоматическая.

Ручная подразумевает использование электродов, которые раскаляются и нагревают обрабатываемую конструкцию. Это именно та работа, для которой важно мастерство сварщика. Ручной сваркой можно соединять детали в труднодоступных местах и формировать швы, которые невозможно сделать аппаратами.

Полуавтоматическая – сварка с подачей в зону шва проволоки с заданной скоростью и с обработкой свариваемой области инертными или активными газами для защиты металла. Шов получается более аккуратным, качественным. Работа продвигается быстро.

Автоматическая чаще используется на производстве. Она механизирована или даже роботизирована. При ней поддерживается ровное горение дуги, шов получается максимально ровным, аккуратным, прочным.

Что относится к сварочным работам

По используемым расходным материалам и оборудованию сварка бывает очень разнообразной.

Дуговая сварка

Самый простой и распространенный вид сварки. Для неё нужны электроды, между которыми появляется электрическая дуга. Именно она служит источником тепла для плавления металла. Дуга

– это разряд в газовой среде.

Это универсальный способ сварки, позволяющий соединять почти любые металлы. Сваривать можно в любом положении, даже в ограниченно пространстве. Внешние условия не имеют значения: проводить сварку можно и в неблагоприятных условиях.

Минусом можно посчитать малую производительность

и
сложность разжигания дуги
. При разжигании могут возникнуть проблемы с залипанием электрода. Также этот вид сварки наносит ущерб здоровью сварщика из-за испарения обмазки электродов. Дуговая сварка требует опыта и мастерства исполнителя. Новички с ней справляются плохо.

Снизить риски и недостатки помогает современное оборудование. Для дуговой сварки нужны трансформаторы или инверторы.

Электроды подбирают по металлу и диаметру. Для надежного соединения свариваемых деталей лучше, чтобы металлы детали и электрода были однородными.

Дугу разжигают чирканьем или касанием. Затем нужно, чтоб её горение было стабильным. Для этого электрод удерживают на постоянном удалении от поверхности около 2 миллиметров. Когда электрод сгорает, его нужно опускать. Но близко подносить к металлу его нельзя, чтобы не прилип.

Газовая сварка

Кромки соединяемых деталей нагревают до температуры плавления горелкой с газом. Такой вид сварки сравнительно простой, не требует дорогого оборудования или расходников, потребляет немного энергии.

Минус – малая скорость нагрева металла

. При сварке толстых деталей эта скорость ещё снижается, поэтому применяют такой способ для сваривания листов не тоще 6 мм. Ещё один недостаток – риск коробления. Газовой сваркой соединяют почти любые виды металлов.

Электроды тут не нужны. Вместо них – присадочная проволока. При разогревании в металле образуется сварочная ванна, её защищает газовая среда. Для сварки применяют смесь ацетилена с кислородом. Для металлов с низкой температурой плавления можно использовать метан, пропан-бутан.

Аргоновая сварка

Для неё нужны электроды из вольфрама, графита, угольные. Также нужен инертный газ: аргон, азот, гелий

. Может применяться смесь газов, что зависит от соединяемого металла. Для сварочного процесса нужен переменный или постоянный ток.

Это не самая производительная сварка, но она обеспечивает очень высокое качество шва. Это трудоемкий процесс, требующий от исполнителя большого опыта и внимания к работе. Аргоновую сварку применяют, если нужен очень прочный шов, который выдержит повышенную нагрузку. Например, таким способом герметизируют газопроводы, резервуары для пищевой промышленности, сосуды высокого давления. Таким образом соединяют очень тонкостенные детали.

Сварка под флюсом

Используются флюсовые порошки, которые обеспечивают область работ защитным газом. Флюс защищает расплав и обеспечивает стабильность горения дуги. Процесс автоматизирован: порошок подается автоматически, оборудование перемещается вдоль шва также автоматически. Это методика сварки для машиностроения, судостроения, вагоностроения и изготовления оборудования. Шов получается качественным, устойчивым к повышенным нагрузкам и неблагоприятным условиям эксплуатации.

Газоплазменная сварка

Металл плавят открытым пламенем. Для этого кислород горит с пропаном, водородом, ацетиленом, бутаном. Это сварка для полевых условий. Она малопроизводительная, не может быть автоматизирована. От сварщика требуется большой опыт и мастерство.

Электрошлаковая сварка

Применяется чаще всего для соединения чугуна. Между соединяемыми элементами насыпают флюс, он расплавляется и нагревает шлак. Для формирования шва нужен пруток или проволока. Такая сварка нужна для масштабных и толстостенных металлоконструкций.

Электронно-лучевая

Более современная технология. Детали и металлоконструкции нагреваются и расплавляются от потока высокоскоростных электронов. Их движение происходит в вакууме и обеспечивается электрическим полем.

Контактная сварка

Технология для промышленного серийного производства. Детали разогреваются проходящим через них током. При этом они подвергаются давлению. Соединение при такой методике может быть стыковым, шовным, точечным.

Существуют и другие виды сварки: диффузная, кузнечная, трением, с высокочастотным током, с закладными нагревателями, лазерная и т. д. Но все они имеют ограниченную область применения, требую применения специализированного оборудования и расходных материалов, особой квалификации мастера.

Выбор вида сварки зависит от соединяемых деталей: вида металла, его толщины, а также от условий работы и желаемого результата.