Для чего нужна сварка
Виды и назначение сварки
Сварка является одним из самых распространенных технологических процессов обработки металлов и служит для неразъемного соединения металлов путем нагревания сварных швов до жидкого или пластического состояния.
Сущность сварки в сближении частиц металлов на расстояние, близкое к расстоянию между молекулами, что обеспечивает большую прочность сварочного соединения. В современном обществе трудно назвать такую область обработки металла, где не применялась бы сварка. Это и кино- и радиоаппаратура, точное приборостроение, строительство каркасов зданий, морских судов, газопроводов, машиностроение, особенно актуальная в последнее время сварка металлоконструкций: металлические заборы и ворота, решетки на окна и другие элементы архитектурных форм в городе, отвечающие за благоустройство.
Сварка даёт возможность замены тяжелых и трудоемких работ на более простые и легкие. За счет чего экономится металл, сокращаются сроки работ, снижается себестоимость изготовления конструкций. Сварные соединения прочны и надежны, что имеет большое значение в производстве различных сосудов, где хранятся и перевозятся жидкости и сжиженные газы, для котлов отопления и т.п.
Огромное значение сварки обуславливается тем, что такие способы как электродуговая, контактная, электрошлаковая и другие, автоматизированы и механизированы, что позволяет получать сложные сварные конструкции при высоких техническо-экономических показателях. Достижения в технологии, удобная аппаратура плюс высокая производительность сварочных процессов обеспечивают сварке всё более широкое применение в различных областях производства, строительства и ремонта.
При выборе вида сварки необходимо учитывать способность металла к образованию прочного соединения. Хорошо свариваются металлы с высокой теплопроводностью, взаимной растворимостью, низким коэффициентом линейного расширения и небольшой усадкой.
Способы сварки
Кузнечная сварка.
Металл при этом виде сварки нагревают в кузнечном горне или в специализированной печи. Для получения прочного шва, нужно чтобы в местах соединения металл прогревался полностью.
Контактная электросварка или сварка электросопротивлением, основана на быстром нагреве зоны контакта свариваемых металлов путем пропускания через них тока большой силы и малого напряжения.
При электродуговой сварке места сварки и присадочный материал расплавляются жаром электрической дуги. Расплавленные электродный и основной материал смешиваются в сварочной ванне и при движении дуги вдоль свариваемых кромок быстро твердеет, образуя, сварочный шов.
При газовой сварке места соединения металлов и присадка плавятся за счет сгорания горючих газов, которые, смешиваясь с кислородом, дают высокую температуру пламени (около 3000 градусов по Цельсию). Обычно горючим газом служит ацетилен. Газорезку используют для разделения на части рельсов, сортового проката, материала большой толщины, а так же для вырезания из толстого листа деталей сложной конфигурации.
Газовая резка позволяет разрезать сталь толщиной свыше 2000 миллиметров. Качество сварных швов проверяется многочисленными способами. Простейшим из них, является осмотр мест сварки при помощи лупы. Он позволяет выявить поверхностные раковины, поры, шлаковые включения, пережог, мелкие трещины, неравномерность швов и другие наружные дефекты. Часто практикуется проба на изгиб. Суть её состоит в определении угла, при котором на шве появляется первая трещина. Причина возникновения дефектов в сварном шве очень разнообразны.
Как правило, дефекты возникают из-за низкого качества металла. К ним относятся расслоения плены, раковины, присутствие окалины, включения серы.
В связи с нарушением процесса сварки получаются:
1. непровары — слабое соединение основного металла с наплавленным;
2. недовары — неполномерные швы;
3. закалка околошовной зоны; неравномерность, несимметричность, неполность сварных швов;
4. наплывы и др.
Изучение сварочных процессов и достижений в области их выполнения являются непосредственной задачей сварщиков.
Автор: Кузнецов М.Ю., сотрудник Монолит-Мет — монтаж металлоконструкций
Что такое сварка и какие виды бывают
В промышленности, строительстве и при ремонте используются различные способы стыковки деталей конструкций. Наибольшее распространение получили разнообразные виды сварки, которыми скрепляют не только однотипные и разнородные металлы, но также стекло, пластик, керамику. Популярность технологии объясняется высокой прочностью и надежностью соединений.
Определение процесса сварки
Независимо от вида, сваркой называют технологию создания неразъемных соединений путем нагрева, деформирования или комбинированием обоих методов. Сущность сварки заключается в том, что под действием внешнего источника энергии (тепла, давления) между соединяемыми материалами образуются прочные связи на межатомном уровне. После кристаллизации в процессе остывания на стыке образуется сварочный шов. В зависимости от вида материала и условий проведения работы, это локальный или общий нагрев и деформирование стыкуемых поверхностей.
Классификация видов сварки
В зависимости от критериев, классификацию способов сварки выполняют по виду защиты расплавленного металла от кислорода воздуха, способу управления процессом, материалу и т. д. Также учитываются технологические особенности проведения сварочных работ. По способу воздействия на детали выделены три основных вида сварки:
Термический класс сварки
Эти способы сварки выполняются с образованием сварочной ванны из расплавленного металла деталей и электрода или присадочного материала.
Дуговая
Тепло для локального плавления металла заготовок выделяется при горении электрической дуги между электродом и заготовками. Для зажигания кратковременно касаются электродом поверхности, затем отводят на расстояние 2 — 5 мм. Чем короче дуга, тем выше ее температура.
Для соединения деталей используют следующие методы сварки:
Дуговой вид выполняется плавящимися и неплавящимися угольными или вольфрамовыми электродами с введением присадочной проволоки в рабочую зону. Для защиты расплавленного металла от соприкосновения с воздухом механизированные способы проводят под флюсом или в среде инертного газа.
Газовая
В отличие от дугового вида при газовой сварке нагрев и охлаждение материала происходит более медленно. Поэтому этим методом проще сваривать тонкостенную сталь, цветные металлы, проводить наплавку. Независимость от электроэнергии позволяет работать в полевых условиях.
Стык нагревается факелом горелки, который образуется при сгорании в чистом кислороде ацетилена, пропана, водорода, паров бензина или керосина. Шов формируется за счет плавления присадочного материала. Для сварочных работ чаще используют ацетилен, температура пламени которого доходит до 3100⁰C. Похожая по принципу работы плазменная сварка выполняется струей ионизированного газа с температурой больше 10000⁰C.
Лучевая
Технология основана на плавлении материала деталей световым лучом лазера или потоком электронов, создаваемого электронной пушкой. Оба метода применяются преимущественно в радиоэлектронной отрасли для соединения и крепления микроэлементов. Чтобы луч не рассеивался, электронно-лучевая сварка проводится в вакуумной камере.
Лазерная сварка позволяет накладывать швы с высокой точностью. При этом, практически не нагреваются прилегающие поверхности, что исключает деформирование даже очень тонкого материала. Для работы в труднодоступных местах изменяют направление луча призмами. Процесс рекомендуется проводить в среде инертного газа.
Термитная
Для сварки этого вида используют порошкообразную смесь (термит), состоящую из алюминия, магния, окислов железа. При сгорании образуется тепло, которое расплавляет кромки заготовок. Расплавленный термит смешивается с металлом деталей, после кристаллизации образуется соединение.
Для запуска процесса термит дистанционно поджигают пиропатроном, электрическим разрядом, бикфордовым шнуром. Температура горения смеси достигает 2700⁰C, которой достаточно для сварки металлов распространенных видов. Термитным способом ремонтируют крупногабаритное оборудование, рельсы, сращивают провода на линиях электропередачи.
Электрошлаковая
Эта разновидность термической сварки применяется для соединения стали толщиной от 5 см до 3 м. Заготовки устанавливают вертикально, зазор между ними с обеих сторон закрывают подвижными ползунами из меди с водяным охлаждением. Снизу на поддон насыпают слой флюса, под которым зажигают дугу.
После расплавления флюса образовавшийся шлак становится электропроводным. Дуга гаснет, но проходящего через шлак тока хватает для плавления новых порций флюса, электрода и кромок. По мере остывания расплава в сварочной ванне ползуны постепенно передвигаются выше. Этим способом соединяют заготовки за один проход независимо от их толщины без образования трещин.
Термомеханический класс сварки
Комбинированными видами соединяют небольшие детали, если другими способами невозможно создать качественный шов. К термомеханическому классу относят следующие виды сварки:
Кузнечная
Этим способом соединяли железные заготовки задолго до изобретения современных классов сварки. Заготовки нагревают в горне, кладут одна на другую, скрепляют ударами молота. Механизированный подвид, когда заготовки сдавливаются прессом, называют прессовой сваркой.
Качество соединения зависит от опытности мастера. Перечень металлов, которые можно сваривать этим методом, ограничен видами с хорошей пластичностью. Из-за малой производительности и низкой надежности соединения кузнечный вид сварки применяется редко.
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:
Диффузионная
Технология основана на взаимном проникновении (диффузии) атомов материалов, если их плотно прижать один к другому. При нагреве скорость обмена частицами увеличивается. Сварку проводят в вакуумной камере или среде инертного газа. Детали сжимают с усилием не меньше 20 МПа, поверхностные слои нагревают электротоком до температуры близкой к точке плавления. Для надежного сцепления заготовки оставляют в этом положении на некоторое время, не отключая ток.
Механический класс сварки
Эти виды сварки выполняют за счет энергии трения, взрыва, давления, ультразвука. При их воздействии выделяется тепло, достаточное для плавления материала.
Трением
Технология входит в список перспективных разработок. Одну из соединяемых заготовок крепят неподвижно, другая, прижатая к ней, вращается. Подробная классификация сварки трением включает следующие подвиды:
Холодная
В основу технологии заложен принцип сжатия деталей пуансонами с усилием 1 — 3 ГПа. Точечную сварку проводят стержнями, шовную роликами. Пуансон вдавливают в заготовку до образования пластической деформации, что способствует появлению межатомных связей и созданию соединения между деталями. Сварку выполняют простым сжатием или со сдвигом деталей после сдавливания. Прочность соединения зависит от качества подготовки места стыка, степени сжатия, характера воздействия (вибрационное либо статичное).
При соединении встык величину деформации ограничивают размером выступающих из зажимов частей заготовок. Чтобы предотвратить коробление листов при соединении внахлест, их закрепляют прижимами. После пластической деформации металл становится тверже, поэтому прочность шва выше, чем у заготовок.
Холодный вид соединения применяют для работы с алюминием, медью, цинком, серебром и другими металлами с низкой температурой плавления.
Взрывом
После подрыва подвижная деталь под действием ударной волны с большой скоростью ударяется о нижнюю пластину. В месте соприкосновения образуется давление, значительно превышающее прочность металлов, при котором материал начинает течь как жидкость. В результате поверхности одновременно деформируются, создавая соединение. Длительность процесса не превышает миллионных долей секунды, поэтому диффузия происходит только в поверхностных слоях.
Несмотря на то, что до сих пор не разработана детальная методика этого вида, сварка взрывом получила широкое применение в промышленности для стыковки разнородных материалов. Таким способом получают биметаллические соединения, детали и заготовки больших размеров, наносят плакирующие слои толщиной до 45 мм.
Ультразвуковая
Такой вид сварки проводится преобразователем ультразвуковых волн в механические колебания в сочетании с небольшим давлением. При воздействии на поверхность сначала за счет сухого трения разрушается оксидная пленка, затем плавится материал. Поэтому нет необходимости в тщательной подготовке стыка. Для повышения прочности шва детали предварительно подогревают.
Помимо металлов, в том числе тугоплавких, этим видом соединяют пластик, кожу, ткани. Также доступно сваривание стекла и керамики с металлом, фольги толщиной 0,001 мм. При необходимости детали можно сваривать с металлической или пластмассовой прослойкой между ними.
В сварочном деле постоянно что-то меняется, улучшается, дорабатывается. Поэтому для повышения мастерства полезно знакомиться с новинками и тестировать на практике. Какие-то из них пригодятся профессиональным сварщикам, другие для домашних работ.
Дуговая сварка от А до Я
Электродуговая сварка — это самый распространенный способ соединения металлических деталей в домашних условиях и при мелкосерийном производстве. В нашей статье вы узнаете об этой технологии подробно, также мы расскажем как получить качественные швы в разных условиях работы.
Что такое электродуговая сварка — классификация и способы
Электродуговая сварка — это один из методов соединения металлических деталей, который характеризуется собственным принципом работы. В рамках данной технологии для получения швов одновременно на электрод подается ток большой силы. В результате такого взаимодействия формируется электрическая дуга.
Указанное определение и дало название данной разновидности сварки. Другое наименование — сварка плавлением. Второе название обусловлено тем, что при подаче большого тока металл в зоне воздействия приобретает жидкую форму.
Выделяют несколько видов дуговой сварки, каждый из которых отличается собственными особенностями.
Виды дуговой сварки
В зависимости от того, какие аппараты и технология применяется для получения швов, сварка дуговая подразделяется на следующие типы:
Ручная.
В рамках такого технологического процесса заготовки двигает и сваривает техник. К преимуществам этого метода относят возможность соединять металлические детали в любых условиях.
Недостаток — увеличиваются риски получения некачественного шва из-за ошибок специалиста.
Механизированная.
В рамках данного технологического процесса заготовки подаются на станок с помощью соответствующего оборудования. Но детали сваривает человек.
В ряде источников выделяют полуавтоматическую технологию электродуговой сварки как разновидность механической. В рамках данного процесса перемещение горелки выполняет сам рабочий, а подача проволоки, процесс зажигания дуги и формирование соединения выполняет специализированное оборудование.
Автоматическая.
Процесс в этом случае полностью автоматизирован. То есть подачей и свариванием заготовок занимается специальное оборудование. Эти устройства самостоятельно (согласно ранее внесенной программе) определяют интенсивность пламени, регулирует подачу расходных материалов и другое.
В зависимости от используемой технологии защиты шва, получаемого при таком воздействии, сварка дуговая классифицируется на следующие типы:
Также применяются комбинированные способы. Для защиты сварного соединения прибегают к помощи следующих газов:
Защитный (активный или инертный) газ подается через специальное устройство – сопло сварочной горелки, которыми оборудованы сварочные аппараты.
В зависимости от характера воздействия данная технология классифицируется на следующие типы:
С учетом характера горения электродуговая сварка делится на следующие типы:
Хотите узнать, что такое силумин и где его применяют – читайте в нашей статье.
В зависимости от типа оборудования и характеристик, которые необходимо придать будущему шву, электродуговая сварка проводится с помощью плавящегося или неплавящегося электрода. В первом случае используются медные, алюминиевые, чугунные или стальные стержни. Плавящиеся электроды применяются как присадочный материал.
Если хотите подробнее узнать про сварку неплавящимся электродом – тиг сварку, то переходите по ссылке и изучайте.
Что такое ручная дуговая сварка
Как и в случае с другими способами сварки, РД предполагает оказание воздействие на заготовку, которое приводит к расплавлению металла в определенной зоне. Происходит это благодаря образованию дуги, которая возникает как эффект пробоя между электродом и деталью.
Ручная сварка по характеристикам мало в чем отличается от других методов получения швов. Основная разница заключается в том, что в данном случае всю процедуру проводит человек. То есть ручная электродуговая сварка предусматривает самостоятельную подготовку и установку изделий, а также соединение деталей без использования автоматизированного оборудования.
Но в рамках данного метода свариваются низко-, средне- и высоколегированные стали, чугун, а также сплавы различных металлов.
О том как выполняется сварка чугуна читайте в нашей статье.
Для РДС применяются специальные электроды, покрытые защитной обмазкой. Последняя создает среду, предупреждающую окисление металла.
Электроды подбираются для каждой группы материалов отдельно, с учетом условий, в которых будет работать изделие.
К примеру, для сварки нержавеющей стали 12Х18Н10Т используют электроды ЦТ-15 если свариваемая деталь будет работать при температуре до 640-650 градусов и эту же сталь сваривают электродами ЭА400 если рабочая температура детали не выше 340-350 градусов.
А для сварки черной стали будут использоваться электроды УОНИ или ОК 46.
Краткая характеристика
Порядок и основы выполнения сварки ручной дуговой сваркой определены соответствующим ГОСТом, который устанавливает:
Тип электродов, применяемых при РДС, определяет порядок выполнения работ. При этом стержни подбираются с учетом того, какими характеристиками отличаются заготовки. Ручная дуговая сварка применяется для соединения металлов разной толщины и видов. От этих параметров зависит выбор покрытых электродов.
То есть при ручной дуговой сварке черных металлов применяются один стержни, теслостойких сталей — другие.
Если применяются неплавящиеся электроды, то в создаваемое соединение обязательно вводится присадочная проволока (при условии, если толщина металла превышает 1 мм и не проводятся работы по разделке кромок С1).
Ручная дуговая сварка, как и другие методы, требуют соблюдения техники безопасности. Обусловлено это тем, что в данном случае происходит образование дуги, которая нагревает металл до температуры в 5 тысяч градусов.
Сущность ручной дуговой сварки
Ручная дуговая сварка — это метод соединения металла с помощью специального оборудования. Данная технология не предполагает автоматизацию процесса. Оборудование, применяемое в подобных случаях, обеспечивает формирование дуги, которая образуется в месте касания электрода (плавящегося или неплавящегося) с металлическим изделием.
В ходе этого процесса точка соприкосновения нагревается до высоких температур, что приводит к расплавлению материала.
Ручной тип электрической дуговой сварки также делится на несколько видов:
Выбор схемы дуговой сварки, или способа получения шва, определяется поставленными задачами. По данному критерию выделяют следующие техники:
На технику выполнения ручной дуговой сварки также влияет тип выбранных электродов.
Особенности дуговой сварки
В сравнении с другими способами получения соединения особенности сварки данного типа заключаются в следующем: чтобы создать прочный шов, необходим замкнутый контур, по которому подается переменный, постоянный или высокочастотный импульсный ток. Дуга в подобных условиях возникает сразу после касания электрода к заготовке благодаря моментальной подаче напряжения.
При таком воздействии происходит образование жидкого расплава, в котором перемешивается металл соединяемых заготовок. После того как сварщик убирает электрод, материал начинает остывать, что приводит к кристаллизации последнего. Благодаря этому образуется прочный шов.
Область расплава, которая образуется в зоне перемещения электрода, называют сварочной ванной. В состав стержня, которые используется в данной технологии, входит флюс. Последний при нагреве расплавляется, формируя газ, который защищает область воздействия от окисления.
Эти особенности сварки ручным методом проявляются, когда проводится работа по соединению цветных металлов. Такой материал при нагреве демонстрирует высокую химическую активность. Поэтому, чтобы избежать окисления, цветные металлы сваривают с использованием газов, которые подаются в рабочую зону.
В рамках данной техники применяют несколько способов движения стержней:
Во избежание ошибок и для получения надежного шва при ручной дуговой сварке покрытыми электродами нужно соблюдать следующие правила:
Для ручной дуговой сварки (РДС) покрытыми электродами в основном применяются инверторы на 220 В.
Для работы сварщику нужно пройти аттестацию и попасть в реестр НАКС. Подробнее в нашей статье.
Преимущества ручной дуговой сварки
Как и в случае с другими способами сварки, у РД преимущества и недостатки обусловлены особенностями данной техники. Среди достоинств этого метода выделяют следующее:
Но этим достоинства частично нивелируются тем, что при ручной дуговой сварке плавящимися электродами выделяется множество вредных веществ. Также данный метод отличается низкой производительностью. Кроме того, для сварки металлов толщиной менее 2 мм требуется большой опыт, так как при работе с подобными материалами велика вероятность «прожига» и других последствий, приводящих к порче заготовки.
Принцип действия
В рамках данного метода на заготовки через стержень подается ток, который формирует сварочную дугу. Последняя представляет собой концентрированную лучистую энергию, которая нагревает металл до температуры плавления. Благодаря тому что ток подается строго в определенную точку, остальные части заготовки при данной схеме дуговой сварки не повреждаются.
Шов между металлическими изделиями образуется во время кристаллизации материала, который запускается сразу после того, прекращается нагрев. То есть данный процесс запускается во время остывания обрабатываемой зоны, в том числе и за счет принудительного охлаждения. В связи с этим соединению необходимо определенное время для набора прочности, определяемое скоростью остывания.
Техника ручной сварки — создание дуги
При работе с дуговой сваркой плавящимися электродами дуга после того, как специалист касается обрабатываемой зоны стержнем. Данный процесс запускается двумя способами:
Второй вариант считается более предпочтительным. Однако при работе в труднодоступных местах применяется первый метод.
О том как правильно варить подробно написано в нашей статье. Заходите!
Область сварочной дуги
При сварке электродуговой любого типа (РД или РДС) между электродом и металлической поверхностью формируются 3 зоны:
Нагревание катода при такой схеме электросварки происходит путем бомбардировки электронов.
У некоторых металлов есть свои особенности и их сварку нужно выполнять по специальной технологии. К таким металлам относится алюминий, а как выполняется сварка алюминия вы можете подробно прочитать в нашей статье.
Источники питания
Для сварки РДС используются следующие источники питания:
Тип сварочного оборудования подбирается с учетом поставленных задач.
Используемые электроды
Согласно нормам технологии ручной электродуговой сварки, для создания качественного шва применяются электроды, покрытые специальным напылением. Тип последнего подбирается с учетом вида обрабатываемого металла. Оптимальным для работы в домашних условиях считается рутиловое покрытие.
Стержни данного типа отличаются следующими особенностями:
При выборе стержней эдля электросварки необходимо обращать внимание на маркировку. Последняя позволяет понять, для каких металлов подходят электроды.
Технология ручной дуговой сварки
Перед началом сварных работ металл защищается и нарезается на заготовки. Далее запускается источник питания.
Дуга зажигается в два приема:
При необходимости зажигание осуществляют путем чиркания электрода по поверхности. В этом случае металл нагревается в нескольких зонах.
После зажигания в месте, к которому подводится электрический тог, формируется расплав материала. Для создания прочного соединения сварщик должен до окончания работ удерживать дугу длиной от 0,5 до 1,1 от диаметра стержня.
Перемещение электрода
При РДС сварке рекомендуется вести стержень, совершая колебательные движения из стороны в сторону вдоль линии будущего шва. Благодаря этому соединение получится прочным.
В зависимости от положения заготовок применяются следующие техники сваривания:
Ширина получаемого шва напрямую зависит от диаметра используемого стержня.
Что влияет на качество и размеры сварного шва
Качество шва при дуговой сварке плавящимися электродами определяется не только диаметром стержня, но и:
Сварочный ток подбирается с учетом диаметра стержня, а последний показатель — исходя из толщины металла.
Безопасность работ
Применяя электрическую дуговую сварку, специалист должен исключить поражение током. Для этого необходимо следить за состоянием изоляции кабелей. Работать рекомендуется в сварочной маске, а при зачистке — в защитном щитке. Также следует надевать респиратор, чтобы предупредить отравление вредными газами, и защитную одежду.