Что такое сварка: виды и классификация сварки

Определение и понятие свариваемости

Конструкции и изделия из металлов, да и не только из них, изготавливаются разъемными и неразъемными. Сварка является способом соединения, относящегося как раз к последнему типу, т. к. такую конструкцию невозможно разобрать, не разрушив.

За счет чего получают соединение неразъемного типа и каким образом это можно осуществить? В ГОСТ 2601-84 дается определение этого термина. Происходит межатомная связь между кромками соединяемых частей, но для этого необходимо создать определенные условия. Их три: нагрев до расплавления, давление или комбинация указанных способов. Место соединения называется швом сварного соединения. Представляет собой сплав, который образуется в результате плавления кромок или плавления с добавлением присадочного материала, а также с помощью давления или одновременного действия обоих видов – плавления или пластического состояния и давления.

Термин «сварная конструкция» означает, что она изготовлена каким-либо видом сварки из металлических конструкционных частей. Невозможно назвать отрасль, где бы не применялась сварка – выдающееся изобретение русских ученых. С ее помощью не только соединяют отдельные части, но и наплавляют слои металла на изношенные участки или для придания особых свойств верхнему слою. Этим методом режут металл на части, осуществляют демонтаж и выполняют ремонтные работы. Сваркой соединяют заготовки из разных марок металлов толщиной от сотых долей мм до 2 метров. Остается правильно подобрать вид сварки и технологию ее проведения.

Получение соединения тесно связано с понятием свариваемости. Это свойство металлов или их комбинаций образовывать соединение, которое будет отвечать конструкционным и эксплуатационным характеристикам готового изделия. По свариваемости согласно ГОСТ 29273-92 металлы делятся на 4 группы:

• хорошо;
• удовлетворительно;
• плохо;
• ограниченно свариваемые.

От того, к какой группе относится металл, зависят выбор способа сварки и технологии ее осуществления. Хорошо свариваемые материалы не требуют особых условий проведения сварки. Их не подогревают ни до, ни в процессе сварки, ни после ее осуществления. Удовлетворительно свариваемые металлы должны перед выполнением сварки подогреваться до установленной техпроцессом температуры, а также после ее окончания подвергаться термической обработке. Такие меры помогут предотвратить возникновение трещин в процессе проведения сварки. Ограниченно свариваемые металлы подвергают термообработке до соединения кромок заготовок и после застывания шва. Марки металлов, относящиеся к плохо свариваемым, склонны к трещинообразованию и требуют особых условий работы. Это термообработка до процесса соединения, подогрев в ходе ведения сварочного процесса и после его осуществления, а также создание особых условий охлаждения.

Различают 2 разновидности свариваемости:

• технологическую;
• физическую.

Первый вид подразумевает воздействие сварочного цикла на получение шва, который должен соответствовать эксплуатационным свойствам изделия. Второй – получение соединения с требуемой химической связью. Получаемый при ведении и окончании сварочного процесса шов должен по химическим характеристикам соответствовать соединяемому металлу, а по прочности и герметичности не уступать металлу, из которого изготовлена конструкция или изделие.

Определение сварки

Сварка – это особая технология, применяемая для неразъемного соединения металлов методом установления между ними межатомных связей с помощью специального оборудования, работающего под высоким температурным режимом. Таким способом можно создавать монолитные скрепления, как между однородными металлами, так и сплавами. На сегодняшний день сварочные работы применяются во многих промышленных отраслях, включая машиностроение, строительство и ремонтные работы. Далее перечислим, какие виды сварки существуют.

Кроме этого, благодаря разнообразию агрегатов и материалов для процесса соединения деталей, данная технология используется в домашнем хозяйстве для ремонта многих деталей и предметов (посуда, мебель, техника, трубопроводы). Данная методика металообработки столь популярна благодаря своей надежности. Начинающий сварщик, который желает обучиться этому процессу изначально интересуется, какие бывают виды сварки. По основной классификации их три, но при этом каждый делиться еще на несколько:

• механическая производится, благодаря энергии и давления, которые деформируют изделие и позволяют им плотно соединиться. К механическому виду относятся: магнитно-импульсная, холодная и ультразвуковая сварки.
• термическая, которая характеризуется использованием дополнительного материала, расплавляющимся под действием высокой температуры. Благодаря этому жидким материалом заполняется пространство между двумя деталями, а при застывании (кристаллизации) создается надежное крепкое соединение. Данный тип, в свою очередь, делится еще на подвиды – электролучевая, светло-лазерная, термитная литьем, газовая, дуговая, плазменная и электрошлаковая сварка.
• комбинированная (термомеханическая) отличается тем, что процесс сварки происходит под воздействие давления и тепла одновременно. Перед соединением детали нагревают, чтобы они были более гибкими и пластичными. Благодаря этому соединение получается более прочным. Существует определенное количество типов комбинированной обработки – конденсаторная, газопрессовая, контактная, индукционно-прессовая и диффузионная.

Это самая основная классификация видов сварки, так как их принято разделять еще на несколько, по типу управления, используемого материала и т.д.

Физика, химия, немного лирики

Сварка – процесс неразрывного соединения разных конструкций нагреванием, деформированием или использованием того и другого.

Если коротко с точки зрения физики, в сварке используется либо тепло, либо давление, либо тепло с давлением вместе. Если коротко с химической точки зрения, в сварочном деле используется огромное количество разного рода порошковых лент, флюсов, электродов, газов и других комплектующих. Это зависит от материалов и условий. Благодаря химии мы имеем огромное число технических вариантов.

Важно! Мы не будет грузить вас полными списками видов сварки или всеми классификациями, какие существуют. Нам не хватит бумаги писать, вам не хватит терпения читать. Разобраться в логике группировки сварочных способов, чтобы потом легко находить информацию по каждому конкретному виду. В сети много сайтов, посвященных сварке: есть где найти все, что нужно.

Основные понятие процесса сварки

Сварка – это технологический процесс создания надежных соединений путем нагревания, либо пластической деформации с установлением межатомных связей в последствии. Структура изделий получается не прерывной. К электроду и сварочному материалу через инвертор подводится энергия. Сначала плавится металл электрода, так получается сварочная ванна, в этой ванне происходит смешивание электрода с основным материалом, а шлаки, всплывающие на поверхность служат защитной пленкой. Процесс сварки – это ничто иной, как затвердевание металла после всех вышеперечисленных воздействий. Электроды бывают нескольких видов – плавящиеся (плавится прут электрода) и неплавящиеся (при неплавящемся электроде применяют присадочную проволоку, которая плавится в ванной отдельно).

Важность технологических свойств

Бесперебойность процесса и его механизацию обеспечивают технологические свойства. Металлический компонент в сварочном шве остается защищенным в случае соблюдения требований и технологий. Виды сварки подразделяются на:

• вакуумные;
• воздушные;
• защитно — газовые;
• по флюсные;
• пенные;
• под флюсные виды.

Степень расплавленной среды материала подразделяется на атмосферную и струйную разновидность. Расплавленное вещество на дужке сварного шва характеризует струйную технологию. Характер заменимости способствует возможной замене газа на более или менее активный. Существует совокупность активных или инертных соединений газов. Степень механизации подразделяется на ручную, механизированную и полностью автоматический процесс.

Процесс сварки

Вне зависимости от количества видов сварки существуют 3 основных этапа процесса сварки, присущей всем технологическим разновидностям, это:

1. Формирование контакта;
2. Образование связи;
3. Создание шва.

Формирование контакта

Формирование контакта происходит в результате доведения металла до температуры плавления или кипения, главное не перепутать сварочную ванну с плавкой железа.

Образование химической и металлической связи

Второй, наиболее важный шаг – образование сварочной ванны, она всегда выглядит одинаково вне зависимости от вида сварки. Ванна возникает в результате сплавления металла и вспомогательного материала, к примеру электрода под воздействием, температуры, на вид как белое пятно. От ширины и длины этого пятна зависит качество шва.

Создание и типы прочного соединения

Основными качественными характеристиками швов являются их ширина и высота.

По типу соединения выделяют (самые распространенные):

• стыковые – детали в одной плоскости (сваривают трубы, листы и тд).
• нахлесточные – детали располагаются параллельно, только одна идет внахлест к другой (сваривают листы, толщина которых не более 12 мм).
• торцовые – сваривают 2 торца элементов.
• угловые – элементы располагаются под углом друг к другу.

Принципы классификаций, обзор

Классификация способов дуговой сварки.

Классификация видов сварки проводится по самым разным критериям, они аккуратно укладываются в смысловые рамки. Какие критерии самые важные? Пройдемся по некоторым, для начала лучше увидеть общую картинку.

Сколько видов сварки существует на сегодняшний день? Можно назвать цифру 150 со словом «около». Можно 250. Но цифры называть не советуем. Пока вы читаете эту статью, число видов может измениться – технологии на месте не стоят. А вот какая бывает сварка по материалам, физическим процессам, популярности, способам управления – говорить нужно, это как раз те самые принципы классификации, которые нам нужно понимать.

Пример простой понятной классификации по источнику энергии в сварке:

• электрический ток;
• электрическая дуга;
• трение;
• газовое пламя;
• лазерное излучение;
• электронный луч;
• ультразвук.

Еще один пример списка по типу сварочных швов. Их много, целые гроздья разных видов:

• стыковые, угловые швы – по соединению краев;
• по форме, длине – швы горизонтальные, вертикальные, кольцевые, прямолинейные, прерывистые, сплошные, длинные, короткие, средние;
• по виду используемого материала – швы для стали, цветных металлов, биметаллов, полиэтилена и др.;
• по объему наплавливаемого металла – усиленные, ослабленные, нормальные швы;
• по форме – продольные, поперечные швы;
• по количеству наложения слоев – сплошные, прерывистые, прихваточные, многослойные.

«Швейный» список можно продолжить, но нам важно понять общие принципы, поэтому заканчиваем с лирикой, двигаемся к главным способам.

Сварочный аппарат и экипировка

Соединять металлы начали давно, а когда стали работать с разными материалами, создали удобное оборудование для выполнения рабочих операций.

Вначале появился сварочный аппарат довольно непростой и громоздкий, который считается до сих пор традиционным.

Этот тип устройств основан на понижающих свойствах трансформатора в преобразовании силы тока до нужного уровня. При выполнении работ сварочными трансформаторами металл разбрызгивается во все стороны, отчего получаются некрасивые, толстые швы.

Со временем с развитием технологий, разработали новые способы и создали аппараты для сварки:

• электродуговой;
• полуавтоматической;
• ручной;
• с применением флюсов;
• газопламенной;
• электрошлаковой;
• термитной;
• аргонодуговой;
• плазменной;
• электронно-лучевой;
• лазерной;
• контактной;
• точечной;
• стыковой;
• диффузионной;
• с использованием высокочастотных токов.

Кроме основного оборудования для выполнения качественных сварных соединений важна дополнительная оснастка:

• электродами;
• щетками;
• держателями и клеммами;
• электрическими кабелями, протяжными роликами и горелками.

сварочное оборудование

В сварочном оборудовании мелочей не бывает, каждая деталь может как защитить сварщика, так и исключить брак в работе.

Для безопасных действий важна экипировка работника, включающая надлежащее состояние:

• специального костюма;
• обуви;
• перчаток.

Комплекты спецодежды шьют легкие и мягкие, предохраняющие тело от ожогов искрами, расплавленным металлом.

Предусмотрена специальная пропитка брюк и курток:

• парусиновых;
• брезентовых;
• кожаных.

Такая обработка создает устойчивость от горячих капель, раскаленных брызг. Руки тоже подвергаются опасным воздействиям, их защищают толстыми рукавицами, рабочими перчатками.

Сварщик

Сварщик должен быть одет в одежду, сшитую по ГОСТу из огнестойкой ткани, обработанной химическим составом.

Широкое применение получено изготовление курток от спилок со шкур животных. Изделия покрывают полимерной основой с акриловыми смолами, что дает надежную защиту от ожогов.

Существуют нормативы и для обуви. Работник не должен выполнять сварку в ботинках, подбитых металлическими гвоздями или со шнурками. В сапогах должны быть короткие голенища.

Особое внимание уделяют маске. Там окошко вставлено из светового фильтра, который предохраняет зрение от попадания горячих окалин. Существуют разные модели. В «хамелеонах» вставлено стекло, автоматически реагирующее на световые импульсы, а жидкокристаллические слои блокируют свет в начале сварки.

Технология сварочных работ

Если рассматривать технологию на примере электросварки, там создают электрическую дугу 2 проводника тока с разными зарядами. Для этого берут свариваемые детали и электроды. В ручном электродуговом соединении используют металлический сердечник, покрытый веществом – это электрод. Для отдельных видов работ, этот же элемент может быть графитовым или угольным. Когда разнополярные проводники прикасаются друг с другом происходит электрический разряд, процесс в виде дуги. Мастер направляет её в нужное место, там начинается деформация или плавление, уложенных рядом материалов и электрода.

Тот момент, когда расплавляется металл, происходит формирование шва, называют сварочной ванной.  Где высокая температура размягчает детали, а плазменная сила или давление от горячего газа перемешивает молекулярные частицы. Окружающие испарения создают защиту металлическим частям от кислорода, чтобы не произошла химическая реакция. Расплавленным шлаком поддерживается температура.

Сварщик следит, чтобы образование полностью распространилось по сварной ванне, она в свою очередь двигается вслед за электродом, в это время происходит формирование шва.

Мастерство специалиста заключено в передвижении электрода при нужной скорости, под правильным углом наклона, в соответствии с параметрами напряжения.

Газы после горения оставляют сформированную застывшую корку, пока она мягкая излишки убирают, сбивая молотком.

Три основных разновидности

Имеются три разновидности или типа сварки. По методу получения энергии соединения ее делят на термическую, термомеханическую и механическую.

К термической сварке причисляют процессы с использованием электрической дуги, газа, плазмы и других источников теплового излучения. Именно благодаря ему происходит нагрев и сварка.

В термомеханических видах кроме тепловой энергии применяют давление для получения неразрывного соединения.

В механической теплоту получают за счет трения, давления, ультразвука или взрыва.

Виды сварочных работ многообразны и их классификация производится по разным критериям. Классификация идет по способу защиты сварочной ванны, по непрерывности процесса сварки, степени механизации, используемым газам. Кроме этого имеются технологические признаки, которые индивидуальны для каждого вида сварки.

Виды сварных соединений подробно описаны в ГОСТ (государственных стандартах). Кроме этого имеется большое количество ГОСТ описывающих виды сваривания, способы контроля сварных швов, меры безопасности при производстве сварочных работ.

Сварка плавлением

Основная особенность сваривания плавлением заключается в образовании сварочной ванны, в которой формируется соединительный шов, когда металл кристаллизуется. В различных промышленностях этот способ считается самым востребованным, распространенным и популярным. Его технология заключается в нагревании краев соединительных деталей, которые при остывании становятся одним целым. Основное условие такой сварки – это высокая мощность аппарата, так как необходимо обеспечить высокий уровень нагревания. Все дело в том, что не вся энергия направляется на сплавление. Часть ее излучается в окружающую среду, а еще часть тратится на нагревание холодного изделия, прежде чем оно начнет плавиться.

Среди всех источников, которые могут использоваться для нагревания при термической обработке, самым надежным и качественным считается электронный луч. Но, несмотря на это, чаще всего используется метод электрической дуговой сварки с использованием электрода. Это связано с тем, что для использования луча нужно специальное оборудование, помещение и обученный персонал, а варить электродом может научиться каждый желающий.

В подведении итога можно сделать вывод, что сваривание плавлением реализуется через источник энергии. Для его осуществления необходимы определенные навыки, для образования качественного шва. Это самая распространенная классификация способов сварки.

Сварка плавлением делится на определенные виды сварки металла:

• Электродуговой метод для реализации требует электрическую дугу, которая образуется между рабочим материалом и электродом, применяемый для данного типа металлообработки. Она может быть выполнена в трех разных способах:
• ручная, где электрод держит мастер и полностью контролирует процесс сваривания изделий;
• полуавтоматическая, при которой проволока подается с помощью специального механизма, встроенного в аппарат;
• механическая сварка или автоматическая, которая выполняется полноценно сварочной машиной.

При таком виде термообработки материалов самая главная задача мастера удержать дугу, иначе придется заново совершать поджог и устанавливать электросоединение, которое расплавляет железо.

• Электрошлаковая обработка происходит за счет тепловой энергии, выделяемой агрегатом. При этом образуется ванна плавления, в которой металл защищается от окисления из внешней среды газами. Такая методика не требует дуги, так как тепло исходит от сварочного тока, проходящего через проводной шлак;
• Электроннолучевой тип выполняется в специальных камерах, где тепло выделяется за счет бомбардировки зоны сварки электронным потоком, приобретающим высокие скорости в высоковольтной установке, имеющей мощность до 50 кВт. Анодом является изделие, подлежащее свариванию, а катодом — спираль или вольфрамовая нить, нагретая до температуры 2300° С.
• Газовое сплавление происходит посредством высокой температуры, которая образуется за счет горения газовой среды в аппарате;
• Импульсно-дуговой метод заключается в том, что сварочный ток не сохраняет постоянную величину, а поступает в дежурную сварочную дугу определенными кратковременными импульсами.
• Лазерная методика основана на использовании фотоэлектронной энергии. При большом усилении световой луч способен плавить железо. Для его образования используют специальные устройства — лазеры.
• Плазменный способ термосваривания материалов. Плавление металлов осуществляется плазменно-дуговой струей, имеющей температуру выше десяти тысяч градусов.

Основные виды сварки способом плавления часто применяются в промышленных и домашних условиях.

Сварка давлением

Сваривание давлением знакома издавна. Еще кузнецы использовали такой метод, когда нагревали на костре две части детали до белого каления и с помощью сильного удара соединяли их в одно целое. Такой метод используется и в современном мире, например в радиоэлектронике, потому что сваренные детали не имеют остаточного заряда, который может помешать при работе техники.

Все виды сварки давлением рассмотрим далее:

• ультразвуковой способ осуществляется за счет превращения при помощи специального преобразователя ультразвуковых колебаний в механические частоты и применения небольшого сдавливающего усилия;
• термитный процесс сварки заключается в том, что рабочие изделия закладываются в огнеупорную форму, а в установленный сверху тигель засыпается специальный термит — порошок из алюминия и окиси железа. При его горении окись железа восстанавливается, а образующийся при этом жидкий металл при заполнении формы оплавляет и соединяет кромки свариваемых изделий.
• сваривание трением осуществляется за счет силы трения. Она появляется в результате вращения одной из частей изделия, которое поддается сцеплению;
• контактный способ происходит следующим образом: место сварки разогревается или расплавляется теплом, образованным при прохождении электрического тока через контактируемые места изделий.
• холодная сварка основана на способности металла образовывать общие кристаллы при значительном давлении;
• газопрессовой метод осуществляется нагреванием концов стержней или труб по всему периметру окружности многопламенными горелками до пластического состояния или плавления с их последующим сжатием;
• сваривание токами высокой частоты. Данный способ сцепления железных элементов основан на разогреве токами высокой частоты концов стыкуемых стержней или труб до пластического состояния с последующим приложением осевых усилий для получения неразъемного соединения.

Пайка

Пайка — это способ соединения железных поверхностей, находящихся в твердом состоянии, с использованием дополнительно введенного металла или сплава припоя, имеющего меньшую, чем соединяемые металлы, температуру плавления.

Процесс производится специальным аппаратом – паяльником. Он при соприкосновении создает температурный режим, который выше t плавления припоя, но ниже t плавления изделия. При этом припой расплавляется и создает жидкую каплю, которой соединяются детали. Когда материал остывает в результате остается прочное скрепление. Его качество напрямую зависит от подготовки рабочего изделия и площади расплавления припоя. Чем лучше произведена предварительная очистка, тем крепче получится спайка.

Пайка бывает нескольких типов, первая из которых производится под воздействием температуры до 450 градусов, а вторая – выше 450 градусов. Это зависит от типа припоя:

• галлиевый сплав (50°С);
• сплав Розе (96 °C);
• оловянно-свинцовый (220 °C);
• медно-цинковые (865 °C);
• медно-серебряные (779 °C).

Такой способ позволяет скреплять металлы и неметаллы между собой. В сравнении со сваркой этот способ осуществляется под действием меньших температур. Но при этом прочность буден гораздо ниже.

Классификация сварочного процесса

Сварочный процесс может реализовываться по нескольким классификациям способов сварки:

1. Методом плавления — это определенное количество технологий сварочных работ, которые осуществляются способом плавления металлов, благодаря чему они плотно соединяются между собой.
2. Способом давления реализуется за счет деформации металлических поверхностей и их атомному соединению. В результате качество зависит от многих аспектов: материал свариваемых деталей и качество их подготовки, уровень давления, способность металла к деформации.
3. Пайка – это определенная технология для создания неразъемного соединения между двумя деталями, методом вплавления между ними дополнительного материала (припоя), который имеет гораздо меньшую температуру плавления, чем детали, требуемые спайки.

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.

Механический класс

Все виды, о которых говорилось выше, относятся к первому термическому классу. Главным героем в нем выступает тепловая энергия с плавлением. Следующий класс – механический. Главные «механические» слова в данном контексте – давление и пластическая деформация.

В нем также есть стройная классификация сварки:

1. Холодная сварка (ковка)
2. Сварка трением
3. Ультразвуковая
4. Взрывом

Иногда механические методы объединяют под названием «сварка давлением», здесь есть логика, но речь идет об одном и том же.

Таблица видов сварки.

Виды сварки трением:

1. Сварка трением с перемешиванием.
2. Радиальная сварка трением.
3. Штифтовая сварка трением.
4. Линейная.
5. Инерционная.

Рассмотрим эти типы сварки подробнее:

1. Сварка трением с перемешиванием – довольно новый способ, в нем необходимо специальное оборудование для сварки трением – инструмент для вращения с двумя элементами – основанием (буртом) и наконечником (пином). Шов формируется с помощью двух процессов выдавливания и перемешивания.
2. Радиальная сварка трением применяется в работах с трубами: в ней вращается кольцо между стыками, которое создает трение.
3. Штифтовая сварка трением: просверливается отверстие, вводится штифт из того же металла, что детали. Штифт вращается, выделяет тепло, формирует соединение в виде металлических нитей. Великолепная технология сварки трением, когда «нужно заделать дырку».
4. Линейный способ. Здесь вращения нет. Детали просто трут друг об друга до выделения тепла, повышения пластичности, затем увеличивают давление, вплоть до необратимого соединения. При этом способе образуется идеальная ровная поверхность, ни в каких других методах такой нет.
5. Инерционная сварка. Движение поверхностей происходит за счет массивного вращающегося маховика, который разгоняется специальным двигателем.

Сварка трением (фрикционная)

Этот способ отличается от остальных – основа его метода состоит в получении повышенных температур при помощи трения металлических заготовок. Одна из деталей вращается, затем заготовки прижимаются друг к другу с постепенным усилением прижима.

Сварка трением

Контактная

Металл нагревают током, проходящим через место соприкосновения заготовок, затем сжимают или осаживают. Этот вид легко автоматизируется, поэтому широко используется на предприятиях машиностроительной отрасли в составе роботизированных комплексов.

В зависимости от решаемых задач контактный вид сварки выполняют как:

1. Точечную, зажимая детали между электродами. После подачи тока в месте сдавливания образуется точечное соединение.
2. Стыковую с нагревом всей площади соприкосновения.
3. Рельефную с предварительным нанесением выступов (рельефов) на соединяемые плоскости. После подачи тока рельефы деформируются, поверхность выравнивается.
4. Шовную, когда детали соединяют внахлест роликовыми электродами.

Точечная сварка

Самый распространённый вид – это точечная контактная сварка, так как данный метод может применяться и в домашних условиях. Детали зажимаются в электродах или специальных клещах, затем между электродами пускают ток, происходит разогрев металла, электроды сжимают сильнее и происходит «проковка», металл кристаллизуется под давлением.

Рельефная сварка

На металлических заготовка имеются специально подготовленные выпуклости – рельефы, и сварочные поверхности контактируют только в зонах данных рельефов, происходит пластическая деформация этих самых рельефов во всем остальном принцип метода тот же – через детали пропускают ток под усилием сжатия металлов.

Холодная сварка

Холодная сварка выполняется на пластической деформации, которая разрушает окисную пленку на поверхностях и сближает металлические элементы до образования связи между ними без применения повышенных температур. Этот метод применим к тем металлам, которые обладают хорошими пластическими свойствами: алюминий, серебро, холосто, цинк, никель и тд.

Сварка взрывом

Этот метод не сильно распространен из-за отсутствия точности технологического процесса. Подвижную деталь располагают под углом к основной детали, параллельно, при помощи контролируемого детали соединяются путем совместной пластической деформации.

Ультразвуковая сварка

Соединение и скрепление деталей происходит за счет их сдавливания между собой и воздействия ультразвуковых колебаний. Этот метод применим для точечной и контурной сварки. Ультразвук нагревает изделия и активирует диффузию, затем образуются молекулярные связи и в конце шов кристаллизуется, таким образом возникает прочное соединение.

Виды и технологии сварки металлов

В зависимости от задач, доступности оборудования, типа металлов и условий могут применяться разные виды сварочных соединений.

Электродуговая (ручная)

Сварка дуговым методом или электродуговая — наиболее распространенный вид соединения металлов за счет электрического нагрева. Применяется к сталям и чугуну, большому числу видов цветных металлов. Нагретый металл и плавящийся электрод формируют прочный шов, представляющий собой область смешивания расплавленного металла.

Для выполнения работ используются простые аппараты, доступные электроды. За счет нагревания и плавления происходит местное легирование сталей в зоне шва, что значительно повышает его прочность. К недостаткам стоит отнести вероятность прожога тонкого металла, зависимость качества от квалификации сварщика, относительно низкий КПД аппарата с учетом потребности в электроэнергии.

Дуговая сварка.

При дуговой сварке в качестве источника энергии 2 используется электрический дуговой разряд 3, возникающий при присоединении свариваемых деталей 1 к одному полюсу источника тока, а электрода 4 — к другому. Движение электрода с дуговым разрядом и подведенным в его зону присадочным материалом (в виде прутка) 5 относительно кромок изделия заставляет перемещаться сварочную ванну, образующую сварной шов 6.

Сварочной дугой называют длительный мощный электрический разряд в ионизированной среде. При этом начальная фаза среды может быть любой: твёрдой, например, сварочный флюс; жидкой, например, вода; газообразной, например, аргон; плазменной.

Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 4727 до 11727 ºС и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотности тока.

Сварка неплавящимся электродом (TIG)

Данная технология схода с газовой сваркой, суть ее заключается в следующем: электрическая дуга зажигается в атмосфере инертного газа между электродом и материалом, таким образом расплавляя металл и присадочный материал. Электрод изготавливают из тугоплавких металлов – вольфрама, циркония, гафния. Данная технология требует высокой квалификации от специалиста.

Сварка под флюсом

Применения флюса необходимо для поддержания ровного горения дуги и при формировании сварного шва влияет на его химический состав. Разные составы флюса имеют разные стабилизирующие свойства. Варьируя содержание углерода, серы, марганца и других можно регулировать прочность и устойчивость к холоду.

Гипербарическая сварка

Гипербарическая сварка – это сварка в условиях повышенного давления, например, в воде, либо специально созданной сухой среде. При подводной сварке используется водонепроницаемый электрод который расплавляется и попадает на металл с помощью газового пузыря. Подводная сварка – это один из самых сложных видов работ, которая помимо всего прочего обладает повышенной опасностью поражения электрическим током.

Сварка давлением

Сварка давлением — это процесс соединения поверхностных слоев деталей. При соединении происходит активная диффузия частиц, ведущая к полному исчезновению границы раздела и к прорастанию через нее кристаллов.

Контактная сварка широко применяется в машиностроении для изготовления изделий и конструкций, главным образом из сталей. Она относится к сварке с применением нагрева и давления. Нагрев осуществляется электрическим током, который проходит через место контакта двух свариваемых деталей. Давление, необходимое для сварки, создается или электродами, подводящими электрический ток, или специальными приспособлениями.

Различают три разновидности контактной сварки: точечную — отдельными точками (рис. 105), применяемую для тонколистовых конструкций из стали (например, кузова автомашин). Свариваемые заготовки 1 зажимаются между электродами 2, через которые проходит электрический ток большой силы от вторичной обмотки понижающего трансформатора 3, Место контакта свариваемых частей разогревается до высокой температуры, и под давлением усилия F происходит сварка; стыковую — оплавлением или давлением (рис. 106), применяемую для изготовления металлорежущего инструмента и др. В этом случае свариваемые детали 1 с силой стыкуются и удерживаются зажимами 2, к которым подводится электрический ток; роликовую (рис. 107, где 1 — свариваемые детали; 2 — ролики; 3 — электроды; 4 — источник энергии) — обеспечивающую непрерывный (герметичный) или прерывистый шов.

В строительных конструкциях и в машиностроении сварка — основной способ получения неразъемных соединений деталей из сталей всех марок, чугуна, меди, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов и пр.

Электронно-лучевая сварка

Методы сварки металла включают в себя быстро развивающиеся технологии. К ним относится и электронно-лучевая сварка. Ее суть заключается в том, что нагрев изделий и их дальнейший расплав происходит под воздействием потока высокоскоростных электронов, которые двигаются в вакууме под воздействием электрического поля.

Под воздействием сфокусированного потока электронов происходит расплавление кромок деталей и их соединение. Диапазон ее возможностей весьма обширен – тугоплавкие и химически активные металлы, прочные сплавы.

К особенностям такого вида сварки можно отнести то, что поскольку сварка происходит в вакууме, то поверхности деталей остаются чистыми, а также то, что шов получается быстро и минимальной толщины. Он сохраняет повышенное качество даже в том случае, если свариваются детали разных толщин, имеющих разный состав и температуру плавления. Сварочное оборудование имеет простое управление и не требует продолжительного обучения.

Газовая сварка

Газовая сварка – это вид сварки плавлением с дополнительным применением газов – кислорода, ацетилена. Тепло, выделяемое в процессе горения газов плавит поверхности вместе с присадочным материалом, тем самым формируя сварочную ванну. Подача газа регулируется с помощью редуктора на баллоне.

Газовая ацетиленовая сварка

Ацетиленовая или [газовая сварка] — вторая по распространенности технология, основанная на нагреве металла горящей газовой смесью с кислородом. Высокая температура и довольно медленный нагрев позволяют сохранить основные свойства металлов. Это особо важно при работе с инструментальными сталями, которым противопоказан отпуск, при соединении чугунных деталей, в операциях с трубами. Этот вид сварки позволяет не прожигать тонкий металл, но при увеличении толщины производительность снижается из-за длительности нагрева.

Сварка в инертной газовой среде

Технология [аргонной сварки] используется в случаях, когда необходимо исключить попадание кислорода в зону взаимодействия и нагрева металла. В область нагрева под давлением подается инертный газ, вытесняющий воздух с кислородом. При сваривании алюминия и его сплавов, нержавеющей стали, углеродистых сортов это позволяет избежать окисления металла при нагреве. Сварочная ванна оказывается надежно защищенной от попадания кислорода.

Аргонодуговая сварка.

Так для аргонодуговой сварки (3 сопло) алюминия применяют плавящийся электрод-проволоку 7, совпадающую по составу с основным металлом свариваемых изделий 2 или неплавящийся вольфрамовый электрод. Для ответственных конструкций чаще применяют последний метод, при этом присадочный металл подают сбоку непосредственно в дуговой разряд 4, 5, 6 или в сварочную ванну 1 рядом с дуговым разрядом.

Аргонодуговую сварку применяют также для соединения деталей из титана и его сплавов. Титан — металл, напоминающий по внешнему виду сталь, обладает также весьма высокой химической активностью, несколько уступая в этом отношении алюминия. Титан имеет температуру плавления — 1668° С.

При обычной температуре титан очень устойчив к воздействию окружающей среды, так как закрыт окисной пленкой. В таком пассивном состоянии он даже устойчивее, чем коррозионно-стойкая сталь. При высоких температурах окисный слой перестает защищать титан. При температуре выше 500° С он начинает активно реагировать с окружающей средой. Поэтому титан и его сплавы можно сваривать (рис. 104) только в защитной атмосфере аргона, с которым он реагировать не может.

Лучевая

Ее полное название — электронно-лучевая сварка. Как нетрудно догадаться, тут применяется энергия электронных лучей, вырабатываемых внутри катодной трубки. Подобный метод появился относительно недавно, но быстро совершенствуется, в ближайшие годы сфера его применения будет только расширяться. Поскольку электронные лучи очень сильно задерживаются воздухом, высокая эффективность работы достигается только в вакуумных камерах.

Термитная

Этот метод применяют, когда надо работать вне обустроенного населенного пункта, а газовая сварка почему-либо оказывается невозможна. Нагрев обеспечивает термит (отсюда и название), то есть комбинация различных веществ в виде порошка. При его сжигании выделяется огромное количество тепла. Температура при розжиге за короткий срок поднимается до 1350 градусов. Добиться воспламенения термитной смеси можно:

• при помощи взрывающегося пиропатрона;
• коротким, но мощным электрическим разрядом;
• за счет особого инициирующего шнура.

Важно: для реакции нет необходимости получать атмосферный кислород. Необходимое количество окислителя есть непосредственно в составе смеси. Потому сварка в среде инертного газа реализуется гораздо легче, чем это можно вообразить. Основные требования к сварочному процессу закреплены в ГОСТ 2016 года.

Электрошлаковая

Несмотря на кажущееся странным и даже «мусорным» название «электрошлаковая сварка» – весьма полезная процедура. Подобная методика позволяет сваривать заготовки и конструкции практически любой толщины, на что РД (ручная дуговая) методика совершенно неспособна. Ток подается сквозь ванну из расплавленного шлака. В большинстве случаев работают «в нижнем положении», потому что так максимально удобно. Для электрошлаковой сварки применяют:

• плавкие мундштуки;
• электроды на основе проволоки;
• крупные по сечению электродные инструменты.

Электрошлаковая сварка гарантирует очень высокую производительность труда сварщика. При этом также стоит отметить:

• внушительную экономию на флюсе, которого требуется немного;
• понижение расхода тока в разы по сравнению с электродуговой флюсовой и ручной электросваркой;
• минимизацию сварочных дефектов (разумеется, при правильном выполнении процедуры);
• обязательную дальнейшую обработку шва при высокой температуре (иначе оптимальные эксплуатационные параметры не восстановятся).

Электрошлаковую сварку (ЭШС) применяют, чтобы работать с:

• отливками и поковками;
• титаном и сплавами на его основе;
• различными марками жаропрочной стали;
• металлом толщиной от 2 до 300 см;
• сплавами на основе никеля.

Завершим характеристику сварки электрической обратноступенчатым методом. Суть проста: шов сначала делят на последовательные участки. Затем их один за другим обваривают, двигаясь по направлению уменьшения длины шва. Важно: выделять следует строго одинаковые по размеру участки.

Лазерная сварка

Лазер, или оптический квантовый генератор (ОКГ), создает мощный импульс монохроматического излучения за счет оптического возбуждения атомов примеси в кристалле рубина или в газах.

Сущность процесса получения мощного потока световых квантов заключается в том, что атомы любого вещества могут находиться в стабильных и возбужденных состояниях и при переходе из возбужденного состояния в стабильное они выделяют энергию возбуждения в виде квантов лучистой энергии.

Возбуждение атомов может происходить различными путями, но наиболее часто это осуществляется в результате поглощения лучистой энергии.

Схема оптического квантового генератора, или лазера, представлена на рис. 110, где 1 — манипулятор для настройки расположения детали относительно луча; 2 — газоразрядная импульсная лампа; 3 — оптический квантовый генератор; 4 — осветитель места сварки; 5 — рубин (источник, испускающий фотоны); 6 — пульт управления; 7 — бинокулярный микроскоп; 8,10 — свариваемые детали; 9 — световой луч. Атомы какого-либо элемента возбуждаются непрерывным источником энергии (лампы накачки) и электроны этих атомов переходят в новое качество — энергию. Поток квантов энергии (фотонов), направленный на поверхность твердого тела, трансформирует свою энергию в тепловую, и температура твердого тела резко возрастает, так как поток фотонов обладает очень высокой концентрацией энергии.

Сварка лазером не требует вакуума и идет всегда в импульсном режиме. Режим сварки регулируется частотой импульсов и некоторым расфокусированием луча до уровня плотности энергии, необходимой для сварки изделия.

Сварочный техпроцесс

В основы сварки входит понятие предварительного составления плана технологического процесса. Это будет являться своеобразным путеводителем по грамотному осуществлению сварочного процесса.
Технологический процесс сварки конкретных изделий поможет учесть все их особенности и нюансы.

Описание технологического процесса сварки излагается в специальном документе, который называется технологической картой. Ее можно причислить к своеобразному нормативному документу, в котором изложена теория сварочных работ. Технологический процесс на сварочном участке, изложенный в карте, является незаменимым помощником сварщика.

Пример техпроцесса сварки:

Руководящий материал в виде технологической карты должен содержать сведения о марках свариваемых деталях и рекомендации по выбору способа их соединения и пространственному расположению. Технологический процесс сварки охватывает требования к параметрам, выставляемым на применяемом оборудовании, диаметру используемых электродов, рекомендации по защите среды, выставлению полярности.

Технологический процесс сварки изделия содержит сведения о последовательности совершаемых действий. В ней также может содержаться расчет прикладных материалов, требуемых для осуществления данного процесса. В технологической карте содержатся небольшие эскизы, что увеличивает наглядность.

Виды конструктивных соединений деталей сваркой

Различают следующие виды конструктивных соединений деталей сваркой (рис. 111): стыковое (СЗ); внахлестку (h2); тавровое (Т1); угловое (У4).

По форме получаемого при этом поперечного сечения шва (рис. 112) принято различать: усиленные (выпуклые); нормальные; ослабленные (вогнутые).

Кромки соединяемых деталей в зависимости от технологии сварки (ручная или автоматическая) и расположения шва (свободный доступ к нему с одной или двух сторон) могут быть ровными или специально подготовленными (срезанными) для дальнейшего соединения сваркой.

В зависимости от толщины свариваемых деталей (рис. 113) производят различную подготовку кромок: при толщине металла до 8 мм сварку производят без разделок кромок; при толщине до 26 мм производят V-образную разделку кромок; при толщине более 20 мм сваривают с криволинейным скосом кромок; при толщине металла более 12 мм рекомендуется двусторонняя Х-образная разделка кромок.

Широкое распространение получили швы с нормальным очертанием. Длина катета углового шва нормального очертания называется его толщиной и обозначается буквой К (рис. 114). Длина перпендикуляра, опущенного из вершины прямого угла на гипотенузу (сечение А—А), носит название расчетной толщины шва. В швах с формой равнобедренного треугольника расчетная толщина k0 = ksin45° = 0,7k.

В большинстве случаев катет шва k равен толщине детали s, но может быть и меньше.

Наименьшая толщина рабочих швов в машиностроительных конструкциях равна 3 мм. Исключение составляют конструкции, у которых толщина самого металла меньше 3 мм.

Верхний предел толщины соединяемой сваркой конструкции не ограничен, но применение швов, у которых к > 20 мм, встречается редко.

Сварка имеет ряд преимуществ перед клепаными соединениями:

1. Экономия металла. В сварных конструкциях стыки выполняются без вспомогательных элементов, утяжеляющих конструкцию, в клепаных — посредством накладок. В сварных конструкциях масса наплавленного металла, как правило, составляет 1…1,5% и редко превышает 2% массы изделия, в то время как в клепаных масса заклепок достигает 3,5…4%;

2. Снижение трудоемкости изготовления. Для заклепочного соединения требуется сверлить отверстия, которые ослабляют соединяемые детали, точно размечать центры отверстий, зенковать под потайные заклепки, применять много разнообразных приспособлений и т. п. В сварных конструкциях не требуется выполнять перечисленные предварительные операции и использовать сложное вспомогательное оборудование;

3. Уменьшение стоимости изделий. Стоимость сварных изделий ниже клепаных за счет уменьшения массы соединений и трудоемкости их изготовления;

4. Увеличение качества и прочности соединения. Сварные швы создают по сравнению с клепаными абсолютно плотные и герметичные соединения, что имеет исключительно большое значение при изготовлении резервуаров, котлов, вагонов, цистерн, трубопроводов и т. д.

Прочие методы соединения металлов

Помимо традиционных способов сварки в современной промышленности применяются методы, позволяющие соединить уникальные металлы. Зачастую такие металлы обладают ярко выраженными химическими или тугоплавкими свойствами, отчего привычные способы сварки не подходят для их соединения. Конечно, такие металлы не используются в домашней сварке, но они широко применяются для создания ответственных деталей на крупном производстве.

Мы расскажем про виды сварки плавлением, когда суть сварки заключается в подаче большого количества тепла на маленький участок сварки. К таким методам относится лазерная сварка и плазменная сварка. Лазерная сварка металлов выполняется с помощью автоматического и полуавтоматического оборудования. Такой процесс сварки может быть полностью роботизирован и не требует присутствия человека. Здесь деталь нагревается, а затем и плавится под воздействием тепла, исходящего от лазерного луча и направленного в определенную точку.

Тепло концентрируется строго в одной точке, позволяя сваривать очень мелкие детали размером менее одного миллиметра. Также с помощью призмы лазер можно расщепить и направиться в разные стороны, чтобы сварить несколько деталей сразу.

Плазменная сварка металлов выполняется с применением ионизированного газа, называемого плазмой. Газ струёй подается в сварочную зону, образовывая плазму. Она работает в связке с вольфрамовым электродом и газ нагревается за счет электрической дуги.

Сам ионизированный газ обладает свойством проводника тока, поэтому в случае плазменной сварки именно плазма является ключевым элементом в рабочем процессе. Также плазма активно защищает сварочную ванну от негативного влияния кислорода. Такой метод сварки используется при работе с металлами, толщиной до 9 миллиметров.