Виды сварки

Под сваркой подразумевается создание несъемных соединений между металлическими конструкциями. В XXI веке существует больше десятка разновидностей сварных работ, каждая из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Мы рассмотрим все виды контактной, механической, термомеханической сварки по металлу, а также уделим внимание самому понятию и физическим признакам данного явления. В статье будут рассмотрены как бытовые, так и профессиональные способы сварки.

Понятие процесса сварки

Основной принцип сварки заключается в том, что металлические поверхности соединяются посредством оплавления вещества под воздействием высокой температуры. Достижение нужных показателей обеспечивается за счет инверторного аппарата, через который энергия проходит от электросети к сварочному электроду. Когда последний оплавляется, на месте соединения металла образуется сварочная ванна. В ней металлические конструкции оплавляются вместе с электродом, а в то же время, шлаковая оболочка защищает от внешнего воздействия. Когда сварочные работы оканчиваются и соединения остывают, место нагрева кристаллизуется. Так и происходит процесс сварки.

Изучая виды аппаратов для сварки металла, можно выделить следующие по типу тока:

• Переменные (AC). Недорогие аппараты, которые используются зачастую в бытовых целях. Работают в условиях постоянно меняющегося напряжения дуги (сотню раз за секунду), из-за чего состояние сварной ванны тоже крайне нестабильно. Это приводит к ряду негативных последствий: разбрызгиванию металла, уходу сварного шва от намеченной траектории, нестабильному провару конструкции. Тем не менее, в некоторых случаях использование переменного тока необходимо. Он применяется, чтобы сваривать намагниченные поверхности, ведь постоянный в этом случае бесполезен. Также им часто сваривают толстолистовые заготовки.
• Постоянные (DC). Чтобы получить постоянный сварочный ток, используются трансформаторы с силовым выпрямителем, задействованным в линии, или, что гораздо более вероятно, инверторы. Последние повсеместно применяются как домашними мастерами, так и профессионалами. Хоть постоянный ток и не подходит для некоторых условий, он позволяет добиться значительно более высокого качества шва при минимальных затратах сил и времени.

 

Также следует уделить внимание рабочей оснастки – электродам. От того, какой вид вы используете, зависят условия сварных работ, так что о них необходимо знать. Они подразделяются на:

• Плавящиеся. Под воздействием высокой температуры они оплавляются, за счет чего и используются, чтобы образовывать сварочный шов. Пока горит головка, высвобождается газ. Его функция заключается в том, чтобы препятствовать процессу окисления. За счет газового сгустка поддерживается сварная ванна. Плавящиеся электроды хороши тем, что при их использовании не требуется отдельно подавать присадочную проволоку – скрепление происходит без нее.
• Неплавящиеся. Такие электроды выполнены из неметаллов – вольфрама, угля, графита. Они создают дугу, достаточно устойчивую даже при нестабильном токе. Также их использование позволяет дополнительно контролировать марку проволоки и скорость, с которой она подается в сварную ванну. Использование неплавящихся электродов позволяет делать надежные швы высокого качества, однако ими сложно работать на улице и в проветриваемых условиях.

Физические признаки сварки

Ввиду своей структуры металлические поверхности не взаимодействуют между собой, поэтому для осуществления сварки требуется воздействие на межатомном уровне. Последнее возможно при включении электронных соединений или реализации при сдавливании под большим давлением.

 

В целом виды сварочных работы по металлу классифицируются по следующим признакам:

• Воздействие температуры. Происходит без внешнего механического влияния, исключительно за счет повышения температуры в сварочной ванне до необходимых параметров. В зависимости от разновидности сварных работ возможно несколько способов достижения температурного уровня – сварными дужками или газом.
• Работы под давлением. Из-за сильного сжатия происходит деформация металлических заготовок, за счет чего возможна текучесть мест стыковки.
• Стыковка. Осуществляется за счет того, что металлические пласты наплывают друг на друга.

Вне зависимости от того, какие виды швов сварки электродами вы используете, наличие грязи негативно сказывается на финальном результате. Загрязнения представлены, как правило, жировыми пятнами и окисью.

Технологичность – главное свойство сварных работ

Ни одну разновидность сварочных работ по металлу нельзя назвать полностью заменяющей все остальные, потому как в каждом типе имеются свои ограничения и технологические трудности. В то же время, существующие способы сварки разделяются по обрабатываемому металлу и используемым инструментам. Мы разберем подробнее, как классифицируют все существующие виды и способы сварки:

• электрошлаковая сварка (ЭШС),
• электрическая дуговая сварка (электросварка, ЭДС),
• сварка плазмой,
• электронно-лучевая сварка,
• сварка при помощи света и газа,
• сварка с применением ультразвука,
• термомеханические разновидности сварных работ (контактные, холодные, печные).

 

Важность технологических свойств

Важным аспектом сварочных работ по металлу является защищенность сварной ванны от воздействия внешней среды. Именно благодаря ей удается добиться одинаковости провара и стабильности дуги. Существует несколько способов защиты нагретого металла в процессе сварных работ. Приводим классификацию типов сварки металла по виду защищенности шва. Она осуществляется при помощи:

• вакуума,
• воздуха,
• флюса,
• пены,
• защитно-газовой среды.

При этом то, насколько автоматизирован сварочный процесс, создает вариативность: существуют процессы и оборудование, обеспечивающие работы вручную, механизацию и полную автоматизацию. Сварщик также может регулировать, какой газ использовать – выделяются вещества с разной степенью активности.

Термическая сварка

Данный вид сварки выполняется с применением таких компонентов, как:

• плазменный поток,
• огонь горелки с газом,
• электродуга.

Сам процесс осуществляется следующим образом: металлические заготовки стыкуются друг с другом, после чего места контакта оплавляются из-за влияния высоких температур. Когда сварочные соединения начинают остывать, происходит кристаллизация. Это создает несъемное соединение с прочностью исходного металла.

Электродуговая контактная сварка

Эта разновидность сварочных работ по металлу заслуживает особого внимания, потому как применяется в большинстве сфер – причем как в домашних условиях, так на производстве и в строительстве.

Для осуществления сварки электродугового типа используются сварочные аппараты, чаще всего в качестве них выступают инверторы. Они предназначены для генерации и поддержания электродуги, представляющей собой результат взаимодействия катода и анода.

• Анод – это электрод, на котором происходит окисление.
• Катод – это электрод, на котором происходит восстановление.

Между ними происходит процесс, результатом которого служит выработка большого объема тепловой энергии, достаточного для плавки металлов. Под воздействием высоких температур создается сварная ванна, которая и способствует скреплению нужных заготовок. Когда температура падает, провар кристаллизуется, что окончательно упрочняет металлический шов.

Мы рассмотрим, какая бывает контактная сварка электрической дугой – виды сварных работ по металлу.

ММА – ручная дуговая сварка

Сильной стороной ручной дуговой сварки является ее доступность: MMA – самый распространенный тип, причем это касается как легкости освоения, так цены оборудования и расходного снаряжения. Используя ручную дуговую сварку, можно в домашних условиях произвести ремонт бытового оборудования или автомобиля, собрать несложную конструкцию, починить каркас из металла. А сколько мангалов было сварено таким образом?..

 

Перечисляя самые распространенные виды сварки в профессиональной сфере, ручную дуговую также не получится обделить вниманием. MMA позволяет создавать сварочные соединения, применимые в строительстве, машиностроении, тяжелой промышленности; найдет применение как в небольших СТО и мастерских, так и на крупных полномасштабных производствах.

В качестве оборудования применяются сварочные аппараты или инверторы, которые необходимы для создания тока с переменным или постоянным напряжением (как мы выяснили раньше, последний вариант является оптимальным для большинства ситуаций).

 

В качестве расходников представлены электроды – стержни из металла, имеющие обмазку из определенного состава. В процессе сварки создается высокая температура, из-за которой электроды постепенно оплавляются. Нагретая до состояния плавления проволока упрочняет соединение, когда оболочка электрода выделяет в сварочную ванну газовый состав. Последний выполняет особые функции:

1. Предотвращает преждевременное окисление сварной ванны.
2. Поддерживает стабильность электродуги.
3. Позитивно сказывается на свойствах сварного шва.

Перейдем к преимуществам ручной дуговой сварки:

• Компактность. Электрододержатели достаточно компактны, чтобы предоставить сварщику возможность создавать соединения в труднодоступных местах. Ручная дуговая сварка позволит делать провары в различных позициях.
• Универсальность. При правильном выборе электродов вы сможете эффективно сваривать разные типы металлических конструкций.
• Простота освоения. Начать использовать сварочный инвертор для MMA можно с минимальными компетенциями, при этом вам практически не встретятся какие-либо виды наружных дефектов сварки.

 

Аргоновая сварка TIG

Данная разновидность сварки применяется, когда требуется создавать ответственные сварочные соединения, рассчитанные на высокую нагрузку. В отличие от ручной дуговой, она требует от сварщика обладания значительно большими компетенциями. В то же время, производительность сварных работ остается заметно ниже даже при высокой квалификации специалиста.

 

Без аргоновой сварки не обойтись, когда требуется обеспечить герметичность соединений: к примеру, на нефте- или газоперерабатывающей промышленности, на производстве продуктов питания, при создании технически сложных товаров. Применяя TIG-сварку, удастся наиболее качественно скреплять металлические заготовки с тонкими стенками. Широкая сфера эксплуатации позволит работать с многими разновидностями металлов:

• нержавейкой,
• углеродистой,
• легированной,
• магниевыми, титановыми, медными заготовками.

Рассматривая все виды электрической сварки металлов, можно сделать вывод, что аргоновая позволит добиться наиболее эстетичного результата – финальный шов не только отличается высокой прочностью, но и выглядит крайне аккуратно. Из-за качества TIG-сварки получившаяся конструкция сможет выдерживать ощутимые нагрузки.

 

При реализации аргоновой сварки в качестве расходных материалов применяются неплавящиеся электроды, состоящие из угля, графита или вольфрама. Помимо них, используется подаваемая отдельно проволока – она должна иметь состав, идентичный тому, из которого сделаны свариваемые заготовки. Оболочка электродов образует инертный газ, который предотвращает попадание в сварную ванну кислорода из атмосферы.

MIG/MAG – сварка полуавтоматом

MIG/MAG сварка - разновидность сварки характерна тем, что не использует плавящиеся или неплавящиеся электроды – вместо них оборудование отдельно подает проволоку и газ. Присадочный материал поступает через горелку в автоматическом режиме, что позволит минимально отвлекаться от сварных работ.

 

На горелку также поступает газ, состав которого отличается в зависимости от обрабатываемого материала. К примеру, если газ имеет повышенную активность, в процессе создания провара металл брызгается, из-за чего сварочные соединения выглядят неэстетично. Но есть области применения различных видов сварки, в которых это не так важно, как высокая производительность.

 

Особенность полуавтоматической сварки заключается в том, что ее получится осуществлять только с постоянным током. Несмотря на это, она популярна не только среди профессиональных мастеров, но и некоторых энтузиастов. Разберем преимущества MIG/MAG:

• Работа со стальными, чугунными, марганцевыми, медными, алюминиевыми, никелевыми заготовками.
• Автоматизация подачи присадочного материала.
• Тонкая настройка рабочего процесса за счет электроники.
• Создание соединений высокой сложности.

Сварка под флюсом

Следующий вид применяется исключительно в промышленных условиях. Флюсовые сварные работы позволяют добиться высочайшего качества шва: он будет способен выдерживать давление, экстремально низкие и высокие температуры, механические удары. При помощи данного метода производятся мореходные судна, космические спутники и шаттлы, поезда и другие технически сложные конструкции, рассчитанные на суровые условиях эксплуатации.

 

Флюс – это порошок, который при повышенной температуре выделяет газ, защищающий сварную ванну от окислений. Также с его помощью электродуга горит стабильно, а сварочные соединения упрочняются. Состав флюсового порошка зависит от типа металла. Сварные работы под флюсом нельзя выполнить в бытовых условиях: они создаются с помощью запрограммированных устройств, подающих расходник и сваривающих автономно.

 

Газоплазменная сварка

Рассматривая, какие есть виды профессиональной сварки по металлу, ранее мы упоминали только зависимые от электроэнергии. Они наиболее распространены и позволяют добиться высокого качества сварочных соединений, но неприменимы «в поле». Газопламенная сварка хороша именно тем, что подходит для выездных работ, где нет доступа к стабильному источнику электричества.

 

Принцип данной разновидности заключается в том, что сварная ванна образуется под высокой температурой от открытого огня. Он, в свою очередь, является следствием воспламенения кислородного потока и горючих газов – водородных, пропановых, бутановых, ацетиленовых, МАФ. Последний хорош тем, что позволяет добиться температурных условий почти в 3 000 °C. В то же время, данное вещество менее токсично и взрывоопасно, чем аналоги с более высокой теплоотдачей.

 

Газоплазменная сварка хорошо показывает себя в условиях отсутствия источников энергии. Открытое пламя позволяет повышать температуру металлических листов, что способствует эффективности. В то же время, в промышленных условиях сварка данным методом невозможна – всю работу придется выполнять вручную, и это будет медленнее по сравнению с аналогичными решениями. Освоить газоплазменные работы весьма непросто.

Плазменная

Еще один метод сварки, который возможен исключительно в производственных условиях. Обработка металла осуществляется за счет плазменного потока, создаваемого специальным устройством – плазмотроном. Как и в случае со сваркой под флюсом, работы сильно автоматизированы, что позволяет добиться высокого класса точности.

 

Сфера эксплуатации плазмотронов для сварных работ широка, потому как они наилучшим образом показывают себя с любыми металлическими заготовками. Сварочные соединения имеют глубокие провары, благодаря чему финальные конструкции обладают высокой степенью прочности.

 

Разновидность подходит как для деталей с малой толщиной стенок, так и для толстостенных промышленных изделий.

Термомеханическая сварка

Классификация различных видов сварки термомеханического типа представлена как методами, имеющими скорее историческую ценность, так и применимыми в современной промышленности.

Кузнечная сварка

Метод скрепления металлических конструкций, который применялся до стандартных для нашего времени способов сварки. Сильной стороной является энергонезависимость: используя кузнечный метод, вы не будете нуждаться в электричестве, газе или бензине.

 

Главным минусом можно назвать зависимость от навыков исполнителя: кузнечному делу обучаются годами, и качество сварочных соединений новичка разительно отличается от работы профессионала. Но это еще не всё, ведь в кузнях получится использовать только ограниченное число металлов – они должны обладать высокой гибкостью.

 

Вкратце рассмотрим, как работают кузнецы: для начала детали изделия нагреваются докрасна в раскаленной печи. Далее они соединяются; по частям бьют молотом для наилучшей стыковки. Данный метод является прародителем сварки, а сейчас используется для создания декоративных изделий. В промышленных и даже бытовых условиях он не востребован из-за высокой сложности и низкой производительности.

Контактная сварка

Вид сварки, который получил широкое распространение на крупных фабриках, работающих по конвейерному принципу. Сильной стороной является то, что ее легко автоматизировать – запрограммированные механизмы сваривают заготовки почти без участия человека.

 

Принцип заключается в следующем: две металлические заготовки плотно соединяются в потенциальной сварной плоскости, после чего при помощи сварочного трансформатора нагреваются до температуры плавления и прижимаются.

Диффузионная сварка

Принцип сварочных работ такого рода заключается в том, что при очень высокой силе сжатия атомные частицы даже твердых материалов будут смешиваться. Чтобы реализовать данный вид, используется специальная установка диффузионной сварки. В ней создается вакуум либо среда инертного газа. Заготовки сдавливают друг с другом с силой более 20 мегапаскалей.

 

Чтобы повысить эффективность, металл подогревается электрической энергией почти до состояния плавки. Для повышения качества установка продолжает работать какое-то время даже после окончания скрепления.

Механическая сварка

Следующая классификация видов сварки металла собрала виды, направленные на достижение температуры плавления путем механических воздействий.

Сварка трением

Общий принцип данного способа соединения металлов заключается в следующем: первая заготовка фиксируется в недвижимом состоянии, пока вторая, будучи прижатой вплотную, крутится с высокой скоростью. Трение образует сварочные соединения металлических конструкций.

 

Существуют следующие разновидности сварки трением:

• Между элементами трубопровода, расположенными статично, помещается подвижное кольцо.
• Метод закупоривания повреждений подразумевает, что вместо деформированного участка просверливается отверстие, а уже в него помещается крутящийся штифт. Важно, чтобы его материал соответствовал материалу конструкции.
• Линейная механическая сварка осуществляется путем трения двух изделий до температуры плавления стенок стыковки. Когда необходимый нагрев достигнут, элементы конструкции прижимаются друг к другу.
• Движение изделий методом предварительной раскрутки маховика.

Холодная сварка

При данном методе механической сварки задействованы пуансоны – элементы, применяющиеся в процессе прессования материалов. Метод прост: два изделия стыкуются между собой, после чего прессуются на месте шва. Если сварка требуется в одной точке, применяются стержни; если нужно создание шва, используются ролики.

За счет большого усилия происходит связь между атомами двух заготовок, скрепляющая их. При этом чем больше усилие и чем лучше подготовлены места соединения, тем качественнее получится результат сварочной работы.

 

Рассмотрим, заготовки из каких видов металлов бывают применимы для холодной сварки:

• алюминиевые,
• медные,
• цинковые,
• серебряные.

Сварка взрывом

Самый специфический вид сварочных работ, который, тем не менее, получил распространение в промышленных условиях, когда требуется состыковать две заготовки из разных типов металла. При помощи сварки взрывом производят конструкции из биметалла, в том числе имеющие крупные габариты.

 

Разберем, как работает данный вид сварных работ:

1. На устойчивую поверхность помещается статичная пластина.
2. Над ней располагается второй элемент конструкции, который разворачивается под углом 3°.
3. Поверх второго элемента конструкции равномерно помещается взрывчатое вещество вместе с детонирующим механизмом.
4. Когда подвижный элемент подрывается, он с большим усилием соприкасается со статичной пластиной.
5. В точке, где элементы касаются друг друга, появляется высокое давление. Из-за него обе детали конструкции подвергаются деформации, образуя связи на межатомном уровне.

Метод хорош тем, что не требует предварительно зачищать место стыковки. Кроме того, он сравнительно быстр в реализации. Недостатком является то, что из-за скорости реакции соединение получается не слишком глубоким.

Ультразвуковая сварка

Способ сварки, позволяющий скреплять металлические, пластиковые, кожаные, тканевые, стеклянные, керамические заготовки при помощи механических колебаний. Если долго воздействовать на материал, сначала пропадет оксидное покрытие – сильной стороной метода является то, что металл не нужно зачищать в месте потенциальных сварочных соединений. Возможно использование с небольшим подогревом – это повысит скорость обработки.