Виды сварок и их применение

Краткая классификация основных типов сварки

Содержание:

1. 1. Термический вид сварки
2. 2. Электродуговая
3. 3. Виды электродуговой сварки:
4. 4. Газоплазменная
5. 5. Электрошлаковая
6. 6. Плазменная
7. 7. Термомеханический вид сварки

Сварка, как технологический процесс, была известна еще в VII веке в виде кузнечной ковки и литьевого соединения. Бурная ее эволюция началась с открытия электрической дуги и последующего изобретения покрытых электродов. Основной скачок развития пришелся на конец ХХ века в связи с внедрением в производство лазерных, плазменных и ультразвуковых технологий. Широкое развитие электроники позволило сделать сварочный процесс автоматизированным, высокоточным и высокопроизводительным. В ходе развития выделилось три основных вида сварки в зависимости от типа энергии используемой для выполнения соединения:

• термический,
• термомеханический,
• механический (представлен холодной, взрывной и ультразвуковой сваркой).

Термический вид сварки

Сварка данного вида осуществляется с помощью тепла. Воздействие высоких температур приводит к плавлению стыковых поверхностей соединяемых деталей и их скреплению при последующей кристаллизации. Источником тепла может служить электрическая дуга, газовое пламя или плазменный поток.

Электродуговая

Эта сварка получила наиболее популярна. Для нагрева контактирующих поверхностей и последующего их расплавления используется электрическая дуга — разряд, возникающий между концом электрода и соединяемой металлической поверхностью при прохождении электрического тока. Тепловая энергия тока высвобождается в электрическую дугу и обуславливает ее высокую температуру. Воздействие на металл приводит к его ограниченному расплавлению и образованию сварочной ванны из жидкого металла. При остывании происходит кристаллизация жидкого металла и образование соединения, имеющего состав и прочность, аналогичную соединяемым частям.

Виды электродуговой сварки:

• Ручная дуговая сварка(ММА, manual metal arc) выполняется с использованием штучных электродов имеющих различное специальное покрытие (обмазку). Этот процесс может протекать с использованием постоянного (DC) или переменного (АС) тока. Разное покрытие электродов образует при своем расплавлении газовое облако для защиты зоны сварки от воздуха, обеспечивает попадание химических добавок в сварочную ванну для изменения свойств металла в области шва и стабильность самой электрической дуги. Сварка этим методом возможна во всех пространственных плоскостях, применяются сварочные трансформаторы, выпрямители и инверторы.
  Этот метод, при условии правильного подбора электродов, позволяет сваривать все виды металлов («черные», «цветные», любой степени легированности), делает возможной работу в труднодоступных местах.
  Сварка ММА может стать выбором, как профессионального работника, так и новичка. Она находит широкое применение в строительстве и монтаже металлоконструкций, в различных направлениях тяжелой промышленности. Это может быть выбором слесарной мастерской по изготовлению металлических дверей, машиностроительного завода или обычного дачника, решившего своими руками сделать решетки к подвальным оконным проемам.
• Аргонная сварканеплавящимся электродом в среде инертного газа (TIG, tungsten inert gas). Встречаются вольфрамовые, угольные и графитовые неплавящиеся электроды. Инертный газ — аргон, гелий, азот или смеси этих газов, в зависимости от соединяемого металла. При таком процессе сварной шов образуется только из металла соединяемых деталей, либо с добавлением присадки, в качестве которой используются металлические прутья и полосы. Наличие инертных газов или их смесей в зоне сварки защищает металл шва от вредного воздействия компонентов воздуха и поддерживает стабильность электрической дуги. Такая сварка может протекать с использованием переменного и постоянного тока. Низкая производительность сочетается с высоким качеством получаемого шва. Рабочий процесс трудоемкий и требует от оператора развитых профессиональных навыков.
  TIG сварка используется при необходимости получения ответственных швов, выдерживающих высокие нагрузки и имеющих приемлемый эстетический вид.
  Это может быть сварка газо- и нефтепроводов, сосудов высокого давления, предметов для пищевой промышленности, микросхем в электротехнической отрасли.
  Она незаменима при работе с тонкостенными металлическими конструкциями и листовым металлом (до 6 мм), с нержавеющей, легированной, углеродистой сталью, медью, титаном, магнием.
• Полуавтоматическая сваркаплавящимся непрерывным электродом в среде инертного (MIG, metal inert gas) или активного (MAG, metal active gas) газа. Роль электрода выполняет плавящаяся под действием тока проволока, автоматически подающаяся в зону сварки. Проволока поступает в специальную горелку, туда же осуществляется доставка защитного инертного или активного газа. Состав газовой защиты зависит от типа свариваемого материала. Такая сварка возможна только при постоянном электрическом токе. Высокая ее производительность компенсирует неаккуратность шва и разбрызгивание, возникающее при использовании в качестве защиты активных газов (углекислый газ, кислородные смеси). Автоматическая подача проволоки в зону сварной ванны и возможность электронной регулировки рабочих настроек в аппаратах, делают ее популярной как среди профессионалов, так и у новичков сварочного дела.
  Такой метод получил широчайшее распространение в европейских и североамериканских странах. Он позволяет работать с низколегированными и высоколегированными сталями, со многими видами чугуна, алюминием, медью, никелем, марганцем и их сплавами, выполнять соединение разнотипных металлов.
• Сварка под флюсом. При соединении деталей используется различный по химическому составу флюсовый порошок, покрывающий защитным слоем сварную ванну и область остывающего сварного шва. При термическом разрушении порошковых частиц происходит выделение защитного газа для обеспечения стабильности дуги и высокого качества сварки. Меняя виды флюса, добиваются определенных свойств металла в месте стыка.
  Такой метод, чаще всего, имеет промышленное применение и полностью автоматизирован от подачи флюса до перемещения самого сварочного аппарата. Изготовление корабельных корпусов, авиационных фюзеляжей, железнодорожных вагонов и локомотивов, роторов и турбин, спутниковых модулей и башенных кранов. Любые металлы подвергшиеся такому виду сварки выдерживают самые тяжелые условия эксплуатации, огромные перепады давления и температуры.

Газоплазменная

При данном виде сварки расплавление металла осуществляется под воздействием пламени, образующегося в результате горения кислородных смесей горючих газов. Для этого используются ацетилен, бутан, пропан, керосин, бензин, водород. Наиболее эффективным считается применение МАФ (метилацетиленовая фракция), так как она имеет высокую температуру горения (2927 С) в кислороде и хорошую теплоотдачу. Это соединение не так токсично, как дициан (4500 С) и не так взрывоопасно, как ацетилендинитрил (5000 С).

Использование в качестве источника тепла газового пламени делает этот вид сварки независимым от наличия электропитания. Потому она находит широкое применение в полевых условиях, но непригодна к автоматизированной промышленной эксплуатации, в связи с низкой производительностью.

Так же одним из ее преимуществ является постепенный регулируемый нагрев металла, что удобно при работе с листовым металлом. Использование такой сварки требует от оператора большого опыта сварочных работ.

Электрошлаковая

Расплавление кромок соединения при этом виде сварки происходит за счет нагрева шлака от расплавленного электрическим током флюса, который засыпается в проем между двумя деталями. При данном процессе используется присадочный прут или проволока. Основным материалом для сварки служат все виды сталей и чугуна, реже цветные металлы.

Этот вид сварки имеет большое промышленное значение и используется для сварки толстостенных (40-500 мм и более) крупногабаритных деталей: турбинных и роторных валов, паровых котлов и опор. Чем больше площадь свариваемой поверхности, тем выше экономическая выгода от такого метода сварки.

Плазменная

Для расплавления кромок и соединения металлических деталей используется струя плазмы, образующаяся в плазматроне или между электродом и поверхностью металла. Такая сварка характеризуется тонким точным швом и большой глубиной проплавления. Поэтому, ее применяют для соединения тонкостенных и мелких деталей в электротехнической отрасли, массивных и габаритных заготовок и конструкций в тяжелой промышленности, в строительстве и монтаже. Действию высокотемпературной струи плазмы подвержены любые виды металлов.

Кроме выше перечисленных, к термическим видам соединения относятся:

• лазерная сварка (используется лазерный луч),
• электронно-лучевая сварка (применяется электронно-лучевая пушка в условиях вакуума),
• сварка с закладными нагревателями (для сварки полиэтиленовых труб используя нагревательные элементы),
• контактная стыковая сварка оплавлением (в качестве источника теплоты выступает нагревательный элемент с фторопластовым покрытием).

Термомеханический вид сварки

Контактная сварка характеризуется нагревом соединяемых деталей и обоюдным деформированием под давлением. Точечная сварка выполняется с помощью аппаратов точечной сварки либо малогабаритными клещами. Две детали закрепляются между электродами, через них пропускается электрический ток, что приводит к локальному разогреву металла. После этого электрический ток отключают и усиливают давление электродов на обе детали. Кристаллизация локального расплавленного металла ведет к получению точечного сварного соединения. Существует односторонняя (оба электрода на одной поверхности) и двухсторонняя (электроды расположены на двух свариваемых деталях) точечная сварка. Недостатком такой сварки является возможность выполнения только нахлестного соединения. Отличается высокой производительностью и возможностью ее автоматизации.

Точечная сварка находит широкое применение в автостроительной промышленности. По всему миру автосборочные конвейеры работают с применением именно этого вида сварки. Компактные и мобильные клещи для точечной сварки используют в условиях индивидуальных гаражей и мелких автомастерских для рихтовочных работ. Крупные автосервисы и станции технического обслуживания применяют эту сварку для выполнения обширного спектра работ по кузовному ремонту.

Так же к этому типу относятся различная стыковая и рельефная сварка.Остальные виды термомеханической сварки не получили такого широкого распространения. К ним относится диффузная (соединение композитных и неоднородных металлов в вакууме или в среде защитных газов), кузнечная (соединение разогретых металлов возникает за счет пластичной деформации), сварка высокочастотными токами (пропуск токов высокой частоты через соединяемые детали) и трением (вращение деталей друг относительно друга).

Определив разновидность необходимого вам сварочного процесса, вы с легкостью сможете подобрать нужный сварочный аппарат, учитывая его индивидуальные характеристики. Сварочный процесс позволяет экономить металл на 30% и более, легко автоматизируется, отличается надежностью и герметичностью шва, низкой себестоимостью работ и небольшими затратами времени.

Основные виды сварки

Сварка электротоком делится на 2 принципиальных класса: недуговая и дуговая.

Недуговую сварку чаще называют контактной. В контактной сварке электроды, подающие ток, прикладываются непосредственно к металлу, который сваривают. Сквозь метал, расположенный между поднесенными электродами, подается короткий, но очень мощный разряд тока (тысячи ампер). Сплавление при этом получается только между приложенными электродами. Если электроды расположены прямо друг против друга, то сварное соединение получается точечным. Хотя точечная сварка – не единственный вид контактной сварки, но зато самый распространенный. Поэтому понятия «точечной сварки» и «контактной сварки» часто используют в виде синонимов. Напряжение точечной сварки составляет считанные вольты. Поэтому контактная сварка применяется преимущественно для скрепления тонколистового металла. Например, в автомобилестроении.

В строительстве гораздо большее распространение получила сварка электродуговая. При электродуговой сварке между источником тока (электродом) и свариваемым металлом находится небольшой промежуток, заполняемый электрической дугой. Ошибочно предполагать, что это промежуток воздуха. Это промежуток ионизированного газа, проводящего ток. Дуговая сварка, как мы ее представляем сегодня, без газа невозможна. Просто газ может подаваться из отдельного баллона, а может образовываться в результате горения обмазки электрода.

Самыми распространенными в строительстве являются следующие технологии:

• ММА (в отечественной классификации – ручная дуговая сварка, или РДС)
• TIG (аргоно-дуговая)
• MIG-MAG (полуавтоматическая, проволокой).

Популярность данного вида сварки предопределена как раз отсутствием необходимости таскать с собой баллон с газом. Обмазка электрода – и есть «застывшее» газовое облако. Как только электрод коснется металла и полученный ток короткого замыкания расплавит металл электрода, расплавится и обмазка вокруг него. Образовавшееся облако газа обеспечит проводящую ионизированную среду для дуги и защиту расплавляемого металла от доступа кислорода.

Электроды подбираются по типу металла и диаметру. Тип металла важен, так как в процессе работы метал стержня электрода капля по капле перетекает в свариваемый метал и сплавляется с ним. Для крепкого соединения металл стержня электрода и свариваемый метал должны быть идентичны. На упаковке электродов всегда указывается, для каких металлов подходят данные электроды.

После того, как определились с типом электрода, необходимо определиться с его толщиной. Вопрос новичка: зачем нужны электроды разных диаметров? Все просто. Чем толще электрод, тем больше сила тока, которая его может расплавить. То же и с кромками свариваемого металла. Поэтому толщина электрода подбирается под толщину свариваемого металла. Для черных металлов рекомендуется:

Технология ММА позволяет работать с большинством распространенных металлов, за исключением алюминия и сплавов на его основе. Хотя теоретически и это возможно при наличии помощника, если добиться, чтобы зачищенные алюминиевые поверхности не успевали покрыться пленкой до расплавления. Но правильнее, конечно, просто использовать подходящие для этого сварочные технологии.

Потребители сварки TIG – сплошь профессионалы и продвинутые пользователи, причем почти поголовно не строительного направления. TIG обеспечивает более аккуратные швы, но сильно уступает ММА в производительности и простоте использования.

Например, многие «любители», отточив свое мастерство на аппаратах ММА, испытывают досаду от неудач при первом опыте с TIG. Оказывается, в отличие от ММА, зажечь дугу аппаратом TIG, если только он не оборудован таким устройством, как осциллятор, непросто. (А практически все аппараты «2 в 1» не оборудованы, конечно). Чиркает сварщик вольфрамовым электродом – искра есть, а дугу поднять не получается. Но вот бывалый сварщик подкладывает под электрод кусочек угля – и дуга пошла без проблем. Не случайно, что в продажах розничных магазинов специализированные аппараты TIG редко превышают долю в 1%.

Отдельного упоминания в сварке TIG заслуживают аппараты с возможностью переключения на режим переменного сварочного тока, т.н. AC/DC. Вот эти аппараты и являются основным оборудованием для сварки алюминия. Именно они преимущественно и составляют этот самый 1% TIG в розничных продажах сварочного оборудования.

MIG-MAG

Полуавтоматическая сварка проволокой применяется в основном для сварки листового металла. Поэтому традиционно ее основная сфера применения – кузовной ремонт, а также строительство конструкций из черного тонколистового металла. Использование проволоки вместо сменных электродов сильно повышает производительность. На бытовых аппаратах используются катушки емкостью 1 и 5 кг, а на профессиональных – 5 или 15 кг.

Проволока может использоваться как обычная (без обмазки), так и с обмазкой (т.н. флюсовая). В первом случае обязательно применение баллона с газом (режим GAS). Во втором баллон не требуется (NO GAS). Несмотря на то, что работать без баллона удобнее, в продажах с большим отрывом лидирует проволока без обмазки. Причина банальна: она гораздо дешевле флюсовой. Кроме того, многие профессионалы считают, что аккуратность швов в среде газа от баллона получается выше.

Несмотря на то, что данный вид сварки тоже относится к электродуговой, принцип устройства у MIG-MAG принципиально отличается от принципов MMA и TIG. В ММА и TIG важно поддерживать стабильность тока, несмотря на колебания электрода, в MIG-MAG важно поддерживать стабильность напряжения дуги. А сила сварочного тока в аппаратах MIG-MAG – показатель условный (хотя по привычке, выработанной в ММА, большинство ориентируется именно на него). Сила сварочного тока в MIG-MAG будет зависеть от выставленного напряжения, диаметра используемой проволоки, применяемого газа и скорости подачи проволоки. Так что сделать из аппарата ММА полуавтомат MIG-MAG путем приделывания блока подачи проволоки и горелки не получится.

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:

1. Механическую проводят внешним давлением, под действием которого поверхности деформируются, что приводит к плотному соединению.
2. Термическую выполняют с применением дополнительных материалов, которые расплавляются теплом от источника энергии. Жидкий металл заполняет промежуток между заготовками, после остывания образуется прочное соединение.
3. При термомеханических (комбинированных) видах сварки детали подвергаются совместному воздействию тепла и давления. Для повышения пластичности детали предварительно нагревают, затем сжимают.

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:

• ручную, когда все манипуляции с электродом выполняет сварщик;
• полуавтоматическую с подачей электродной проволоки механизмом, установленным в аппарате;
• автоматическую, когда процесс выполняется по заданному алгоритму без вмешательства человека.

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:

• кузнечную;
• контактную;
• диффузионную.

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:

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.

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:

1. С перемешиванием выполняется на оборудовании, оснащенном инструментом вращения с двумя элементами ― основанием (бурт) и наконечником (пин). Соединение создается методом выдавливания с последующим перемешиванием.
2. Радиальной стыкуют трубы, помещая вращающееся кольцо между торцами.
3. Штифтовой заделывают небольшие сквозные повреждения. На месте дырки просверливают круглое отверстие, в которое вставляют вращающийся штифт из такого же металла что и основной.
4. Линейная выполняется без вращения. Заготовки трут одна о другую пока не начнут плавиться стыкуемые поверхности, затем повышают усилие сдавливания.
5. При инерционном виде сварки заготовки двигают за счет энергии предварительно раскрученного маховика.

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

Для сварки этим способом над стационарной заготовкой под углом 3 — 10⁰ или параллельно с зазором 2 — 10 мм устанавливают подвижную (метаемую) деталь. На верхнюю пластину помещают равномерный слой взрывчатки с детонатором. Чтобы предотвратить боковой разлет металла, площадь подвижной заготовки делают больше чем у нижней.

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.

Виды сварки металлов и их краткая характеристика: термический, термомеханический и механический классы

Сварка – процесс соединения металлов при установлении межатомных связей. В зависимости от формы энергии различают следующие виды сварки.

Термический класс сварки

Термический класс сварки включает в себя разновидности сварочных работ, для которых требуется тепловая энергия. Если охарактеризовать весь процесс в нескольких словах: в результате правления на краю изделия образуется расплавленная субстанция, которая после стыковки остывает и кристаллизуется, в результате чего образуется сварочный шов.

Электродуговая

Самый популярный вид сварочных работ в наши дни осуществляется, благодаря сварочному току, возникающего при соприкосновении электрода и свариваемого изделия. В процессе работы электрод расплавляется и выходит наружу, образуя тем самым защитную пленку.

Процесс электродуговой сварки подразделяют на три группы в зависимости от того, как выполняется зажигание и манипуляции.

1. При ручной (ГОСТ 5264-80) все действия выполняются человеком без помощи каких-либо механизмов.
2. При полуавтоматической (ГОСТ 11533-75), или как ее еще называют, механизированной, автоматизируется подача электродной проволоки, а весь остальной процесс производится человеком.
3. Автоматическая же полностью исключает участие людей. Все процессы полностью автоматизированы и характеризуются большой точностью до сотых миллиметра.

Электронно-лучевая (ГОСТ Р 57550)

Скоростные электроны, излучаемые мощным источником тепла, отдают энергию атомам веществам, вследствие чего происходит плавление материала.

Для этого процесса необходимо соблюсти важное условие: вакуум для достижения максимально прочного шва.

Благодаря возможности фокусировать луч до нужных размеров этот тип нашел широкое применение в производстве микродеталей.

Термитная (ГОСТ Р 57181-2016)

Представить, как происходит процесс сварки с высокотехнологичным оборудованием, достаточно просто, но как быть, если работы необходимо осуществить в полевых условиях, например, соединить рельсы?

Это метод основан на применении термита – порошкообразной смеси, в состав которой входит алюминий и оксиды металлов.

Суть процедуры заключается в том, что концам соединяемых элементов придают нужную форму за счет использования термостойких материалов, а затем нагревают их, заливая место соединения предварительно зажженной термитной смесью. В итоге раскаленное железо сваривается с металлом самих деталей, что приводит к образованию прочного, надежного и долговечного соединения, обладающего высокими техническими характеристиками.

Электрошлаковая (ГОСТ 15164-78)

Принципиально новый вид соединения металлов. Особенность состоит в подборе шлака, температура плавления которого превышает температуру основного сырья и проволоки электрода. Первая стадия ничем не отличается от дуговой сварки. Отличия становятся заметными после образования ванны, когда горение дуги останавливается и оплавление кромок осуществляется за счет проходящего тока через сплав.

Этот способ позволяет работать с конструкциями большой толщины, в результате чего обеспечивается большая производительность.

Газопламенная (ГОСТ 12.3.036-84)

Вся процедура происходит в пламени открытой горелки. Поддержание пламени происходит, благодаря постоянной подаче горючего газа в смеси с кислородом. Металл при контакте с пламенем начинает меняться в зависимости от его качеств, в результате чего образуется ванна для сплавления.

Лазерная (ГОСТ 28915-91)

LWM (сокращение в международной номенклатуре) – сварка с использованием лазерного луча. Весь процесс сварки металлов производится лазерным лучом, сгенерированным квантовым генератором.

Одними из главных преимуществ этого типа является тонкий шов, образующийся благодаря направленности луча, и быстрота процесса, из-за чего такая сварка нашла широкое применение на автозаводах.

Термомеханический класс сварки

Особенность этого класса сварки заключается в использовании тепла и давления. Весь процесс очень напоминает механический, однако, есть одно отличие: нагрев происходит извне.

Кузнечная (ГОСТ 2601 84)

Определенно, это самый древний и, можно сказать, проверенный временем способ сварки. Заключается в сплавлении нескольких заготовок, нагретых до определенной температуры при помощи ударов. Как правило, таким способом привариваются материалы, содержащие менее 0,3% углерода.

Принцип заключается в нагреве концов заготовок до температуры белого каления. Затем заготовку посыпают поваренной солью или кварцевым песком для уменьшения количества окалины. Когда металл нагреется до нужной температуры, сбивают «посыпку» и начитают наносить удары по нарастанию силы.

Сварку можно осуществить несколькими способами встык, в расщеп, вразруб, внахлест.

Контактная электрическая (ГОСТ 15878-79)

Принцип электрической сварки, или, как её еще называют, сварки сопротивлением, заключается в нагреве места сопротивления через искру, сквозь которую пропускается электрический ток.

Стоит учесть, что этот тип сварки требует механических усилий, так как после расплавления детали необходимо сдавить или «посадить» друг на друга, это объясняется химическим контактом атомов материалов.

Сварка подобного механизма нашла широкое применение в промышленности из-за удобства эксплуатирования и возможности автоматизации процесса. По результатам её подразделяют на три группы: шовную, точечную и стыковую.

Диффузионная (ГОСТ 20549-75)

При вакууме происходит диффузия атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов. Это происходит, благодаря нагреву материалов до температуры плавления. А вакуум служит защитой от возникновения оксидной пленки, которая может прервать процесс. Чтобы увеличить площадь контакта, необходимо работать при сжимающих усилиях (10-20) МПа.

Сам процесс происходит в три этапа. Детали, которые необходимо скрепить, помещают в камеру с вакуумом и придавливают небольшим усилием. Затем нагревают при помощи тока и удерживают определенное время при нужной температуре.

Такой вид сварки используют для соединения материалов, которые плохо совмещаются друг с другом, таких, как сталь и чугун.

Механический класс сварки

Этот класс вмещает в себя сварку, для которой необходимы механическая энергия и давление. Простота оборудования и достойное качество позволили найти широкое применение в различных отраслях.

По типу сварки группу можно разделить на три подгруппы.

Сварка трением (ГОСТ Р ИСО 4063-42)

Осуществляется за счет вращения одной из деталей. Процесс состоит из следующих шагов:

1. Из-за силы трения происходит оксид оксидных пленок.
2. Нагреваются кромки металлов до пластичного состояния.
3. Более пластичный металл выходит из шва.

Холодная (ГОСТ 2601-74)

Подобный тип сварки выполняют без нагрева. Методика осуществляется за счет деформации, при помощи которой разрушается окисная пленка на привариваемых поверхностях, и сдавливания до образования контакта. Прочность обуславливается усилием, с которым происходит сжатие. Чем оно сильнее, тем больше разрушается оксидная пленка.
Холодную сварку применяют для металлов, обладающих высокой пластичностью.

Сварка взрывом (ГОСТ Р ИСО 857-1-2009)

Относительной новый вид, позволяющий получать сплав неограниченных размеров. Это достигается под действием энергии, высвобождающейся при взрыве взрывчатого вещества.

Из-за большой опасности, а именно высвобождению ударной волны на большие расстояния, ее осуществляют на специализированных полигонах.

Взрыв позволяет соединить практически все виды металлов, однако, во избежание чрезмерного разрушения между деталями делают прослойку из другого металла.

Ультразвуковая (ГОСТ Р 55724-2013)

Для ультразвуковой сварки применяют высокочастотные ультразвуковые колебания, воздействующие на сплавляемые детали, прижатые вместе под небольшим давлением. Этот метод сварки наиболее часто используется для соединения термопластов и в тех случаях, когда неприменимы болтовые соединения, пайка или склеивание. Процесс полностью автоматизирован и осуществляется на специальных установках.

Виды сварки: краткая классификация

Мосты, корабли, самолёты – всё, чем так гордится человечество, первоначально строилось при помощи ковки либо клёпки. В конце 19-го века были проделаны первые опыты по свариванию металлов. Уже в начале 20-го века появились значительные успехи сварки в области создания ответственных конструкций.

Первый мост, созданный методом сваривания, был сделан в СССР в городе Киеве. Он соединил левый и правый берега Днепра. Мощный толчок развитию сварочных технологий, как ни странно, принесла беда. В годы Великой Отечественной Войны на заводах, эвакуированных за Урал, танки стали собирать сваркой. Время потребовало технологию быстрой и качественной сборки, и она была создана в кратчайшие сроки.

После окончания войны, необходимость быстрого восстановления страны подтолкнула внедрение сварочных технологий в различные отрасли народного хозяйства. Не осталась в стороне от этой прогрессивной технологии и космонавтика. Поскольку Советский Союз был пионером в освоении космоса, то сварка на орбите впервые в мире была произведена на советском космическом корабле «Союз-6» в 1969 году.

Именно в это время сваривание металлов прочно вошло во все отрасли народного хозяйства. Клёпка и ковка остались разве что в арсенале мастеров художественных изделий.

Дальнейшее развитие сварочных технологий в современном мире пошло в сторону улучшения самого процесса, наращивания возможностей сварочных аппаратов и расширения областей применения этой прогрессивной техники.

Принципы классификации сварки

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

Признаки физического воздействия

Для определения класса сварки необходимо рассмотреть форму приложенной энергии.

Различают три класса сварки:

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

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

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

Технические признаки

Для этой классификации задействованы такие принципы:

принцип защиты от окисления;

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

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

Классификация по технологическим принципам

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

Виды сварки

Ручная дуговая сварка (MMA)

Это основа всех основ. Именно с этого вида сваривания начинался победный марш сварочных технологий по различным отраслям производства. В те времена достаточно было иметь сварочный трансформатор и пачку электродов, чтобы варить везде: от судостроения, трубопроводов, до ворот на даче. В наше время источники сварочного тока стали на порядок легче, намного экономичнее и мощнее. Разработано множество технологий сваривания в зависимости от пространственного положения шва, химического состава и толщины металла.

Основное преимущество данного вида сварки – простота и доступность оборудования, возможность выдвинуться в любую точку на местности (при наличии электросети или мобильного генератора). Из недостатков можно отметить небольшой перечень свариваемых материалов. В основном, это чёрные металлы. Как любой вид ручной работы, требует значительной квалификации сварщика. Особенно это касается сваривания потолочных и вертикальных швов, сваривания толстых листов металла.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом (TIG)

Этим видом сваривания охвачено не более 1% от всей массы сварочных работ. Но обойтись без него невозможно, если речь идет о цветных металлах. Этот способ позволяет варить практически всё. Причем шов получается высочайшего качества, даже при сваривании тонких листов металла. Отсюда и область применения этого метода распространяется на судостроение, авиастроение, создание космических аппаратов. Самое массовое применение этого вида сваривания можно наблюдать в автомобилестроении и кузовном ремонте.

Сварка осуществляется вольфрамовым или графитовым электродом в среде, которая создаётся подачей защитного газа в район сварочной ванны. Применяются смеси из активных и инертных газов, в зависимости от материала свариваемых деталей. Основными недостатками этого метода принято считать значительную стоимость работ, которая складывается из дорогого оборудования, расхода газов и использования сварщиков высокой квалификации.

Полуавтоматическая сварка (MIG/MAG)

Этот вид соединения деталей очень похож на предыдущий, но в качестве электрода здесь используется специальная проволока, которая подаётся в зону сваривания автоматически. Для этого в аппаратах MIG/MAG предусмотрен подающий механизм. Защита сварочной ванны от воздействия кислорода воздуха может производиться либо подачей защитного газа, либо применением порошковой проволоки, либо флюсом. Основная область применения полуавтоматов – сваривание цветных металлов и легированных сталей.

Чаще всего в качестве защитного газа используется углекислый газ. Работа на полуавтомате не требует высокой квалификации у сварщика. Ещё один плюс этого вида – его высокая производительность. Поэтому повсеместно распространено использование этого способа на массовых производствах, где имеет место сваривание длинных швов на листовых металлах.

Газовая сварка

Этот вид сваривания имеет больше недостатков, чем преимуществ, но остаётся актуальным более 100 лет. Сразу хочется отметить те преимущества, которые позволяют ему оставаться на плаву:

широчайший перечень свариваемых материалов;

сварка и резка «в одном флаконе».

Недостатки, которые сдерживают её применение на производстве, в основном, определяются неизбежно широкой зоной нагрева. Из-за этого процессы происходят медленно с большим расходом газа, что сказывается на себестоимости работ. Ещё один минус – это невозможность автоматизации таких процессов и как следствие — необходимость высокой квалификации сварщика.

Точечная (контактная) сварка

В более широком понимании эта сварка называется контактной, но большее распространение получила одна из её разновидностей – точечная сварка, поэтому в обиходе этот вид соединения деталей называют точечной сваркой. Чаще всего, таким образом сваривают листовую сталь. Листы укладывают внахлёст, сильно сдавливают электродами, по которым пропускается электрический ток в тысячи ампер.

Этот вид не требует особой рабочей квалификации, но невозможен без дорогого оборудования и ограничен в толщине и форме соединяемых деталей. Зато точечная сварка хорошо автоматизируется и имеет высокую производительность. Наибольшее распространение она получила на массовых производствах, конвейерных линиях. Самый яркий и весомый пример – сварочные роботы в автомобильной промышленности.

Механическая сварка

Чаще её называют сваркой взрывом. С её помощью покрывают одни металлы другими. Выполняется за счёт нагрева, который образуется при трении одного металла о другой.

Электрошлаковая сварка

Плазменная сварка

Один из тепловых видов сваривания и резки металлов. Очень производительный вид, поддающийся полной автоматизации. Характеристика плазмотрона позволяет создать мощный концентрированный поток плазмы, которым и производится сваривание (чаще резка) металла.

Электронно-лучевая сварка

Лазерная сварка

В отличие от предыдущего вида, лазерная сварка нашла широкое применение в различных отраслях промышленности. Созданы разные типы лазеров (твердотельные, газовые, жидкостные, полупроводниковые), доступные широким слоям населения. Кроме промышленных установок, имеется большое количество самодельных станков с ЧПУ, созданных на основе лазера и микроконтроллерного управления.

Диффузионная сварка

Одна из разновидностей тепломеханической сварки. Детали разогревают и сдавливают одновременно. Для качественного прохождения процессов необходим вакуум. Как следствие, возникает необходимость создания дорогих установок, поэтому применяется только в очень ответственных узлах космической, авиационной и электронной промышленности.

Сварка высокочастотными токами

Специфический вид создания неразъёмных соединений, который традиционно закрепился на автоматизированных линиях по изготовлению трубопроводов. Очень высокопроизводительный и максимально автоматизированный метод. К месту сваривания труб подводится специальный высокочастотный индуктор и через несколько секунд разогретые токами высокой частоты трубы соединены. Ни огня, ни копоти.

Правильный выбор – основа успеха

Ознакомиться с изделиями и приобрести сварочное оборудование можно на официальном сайте компании. Здесь же можно оставить заявку на приобретение оборудования для газовой сварки. В отдельных разделах сайта представлены аппараты ручной дуговой сварки и аппараты для аргонодуговой сварки. Владельцев малых и средних предприятий, связанных с производством металлоизделий, заинтересуют сварочные полуавтоматы MIG/MAG.