Виды сварки металлов

Сварка уже давно стала основным методом соединения металлических изделий. Она не является единственным видом стыковки, но определенно считается наиболее распространенным. Сразу отметим, что сварка, хоть и применяется главным образом для соединения частей металлических конструкций, может использоваться и со стеклом, с керамикой, с пластмассами. Технологии в каждом случае различаются, но основной принцип остается неизменным. В этой статье мы подробно рассмотрим виды сварки металлов, поговорим об их достоинствах, недостатках, ограничениях и так далее.

Содержание

1. Понятие процесса
2. За счет чего происходит сварка?
3. Основные виды сварки металлов
4. Классификация способов сварки
5. Основные виды сварки металлических соединений
6. Электродуговая сварка
7. Газовая сварка
8. Лазерная сварка
9. Плазменная сварка
10. Термитная сварка
11. Сварка трением
12. Холодная сварка

Понятие процесса

Прежде чем переходить к описанию видов сварки металлических соединений, следует иметь определенное представление о ней. В ходе обработки производится подача энергии на электрод. Он отвечает за формирование и поддержание электрической дуги. Одной из классификаций видов сварки металлических соединений является тип источника этого воздействия. Под воздействием энергии электрод плавится. Так образуется сварочная ванна. Металл электрода смешивается с основным материалом. В ходе этого процесса на поверхность выходят шлаки, которые создают защитный слой. После этого металл затвердевает, и сварка считается завершенной.

Еще один момент, который необходимо упомянуть, — это различные виды электродов, используемые при сварке металлов. Они бывают плавящимися и неплавящимися. При использовании последних требуется вводить в сварочную ванну присадочную проволоку. Соответственно, при применении плавящихся электродов этого делать не требуется.

Во время сварки металл необходимо защитить от окисления, вне зависимости от того, какой вид обработки используется. Для этого на заготовку подаются защитные газы (смесь аргона, гелия и СО2).

В зависимости от того, как поступает энергия на электрод, различаются виды сварки металлов прямым и переменным током. В первом случае итоговое качество шва выше, так как металл меньше разбрызгивается в результате отсутствия смены полярностей. Виды сварки металлов с постоянным током предполагают использование специальных аппаратов, снабженных выпрямителем.

За счет чего происходит сварка?

Металлы в твердом состоянии не взаимодействуют друг с другом при нормальных температурных условиях. Однако при нагревании между ними возникают атомные связи. Для расплавления металла не требуется воздействие внешних сил. Достаточно лишь поддерживать необходимую температуру за счет источника энергии, которым может выступать газовое пламя или электросварная дуга. Некоторые виды сварки металлов требуют применения давления. В этом случае происходит деформация материала. Стыковка элементов происходит за счет наплыва жидких слоев металла друг на друга.

Основные виды сварки металлов

Существует достаточно большое количество классификаций, которые основываются на применении различных техник, защиты материалов, рода тока и так далее. По типу применяемой аппаратуры различают следующие виды сварки металлов:

1. Электрошлаковую.
2. Ультразвуковую.
3. Дуговую.
4. Электронно-лучевую.
5. Плазменную.
6. Световую.
7. Газовую.
8. Холодную и так далее.

Еще одна важная классификация — по степени механизации процесса обработки.

Согласно ей выделяют:

1. Ручную сварку. В этом случае все операции, необходимые для формирования шва, выполняются человеком без использования автоматики. Различные виды ручной сварки металлов применяются как в промышленности, так и в бытовых условиях.
2. Полуавтоматическую сварку. В этом случае механизируется подача электрода в зону сварки, а все остальные операции выполняются человеком в ручном режиме.
3. Автоматическую сварку. В этом случае весь процесс, начиная от формирования и поддержания дуги до подачи электрода, полностью механизирован. Все параметры сварки задаются до начала работ. Этот метод сварки является наиболее стабильным и обеспечивает высокую скорость. При этом зачастую корректировать параметры в процессе работы невозможно.

Классификация способов сварки

Всего их три:

1. Плавление без дополнительного механического воздействия. Тепловое воздействие обеспечивается за счет электрической дуги или газового пламени. Металл электрода смешивается с материалом заготовки, после чего шлаки выходят на поверхность и формируют защитный слой, предотвращающий взаимодействие с кислородом.
2. Термомеханическая сварка. В этом случае происходит нагревание металла до необходимой температуры и ее поддержание в заданном диапазоне. Когда материал становится пластичным, механическое давление позволяет обеспечить надежное соединение.
3. Сварка с применением давления на части материалов. В результате термического воздействия металл становится жидким и текучим. После этого с помощью направленного давления можно образовать соединения даже в труднодоступных местах. При этом загрязненный слой отводится на поверхность жидкости, что обеспечивает чистый шов.

Основные виды сварки металлических соединений

Наиболее распространенная классификация основывается на том, какие инструменты применяются для сварки. Согласно ей выделяют следующие виды обработки:

Электродуговая сварка

Этот метод является одним из наиболее распространенных в промышленности. Его основное достоинство — универсальность. Данный вид дуговой сварки металлов может использоваться для работы практически с любым материалом. Для его осуществления необходим источник мощного тока с небольшим напряжением. Он подается одновременно на два контакта — электрод и металлическую заготовку. В результате между ними образуется электрическая дуга, за счет которой и происходит оплавление. За счет преобразования электрической энергии в тепловую в зоне сварки достигается температура до 5000 ℃. Это превышает показатель плавления для большинства известных металлов. Данный вид сварки соединений и швов может выполняться с применением плавящихся и неплавящихся электродов, а защита шва от окисления обеспечивается шлаками или защитным газом. Для формирования дуги может применяться как постоянный, так и переменный ток. Как мы уже отмечали, наиболее предпочтительным является первый вариант.

Газовая сварка

Если наиболее распространенным методом является электродуговая обработка, то газовая занимает второе место. Она предполагает соединение двух элементов путем создания расплавленных кромок и слиянием основного металла с добавочным. Для создания сварочной ванны в этом случае используется процесс горения газа. При этом можно менять как сам состав, так и скорость его сжигания. Для выполнения данного типа работы требуется газопламенный аппарат. Он снабжен смесителем, в который в различных пропорциях подается горючий газ и кислород. Содержание каждого элемента можно регулировать для получения необходимого эффекта.

Одним из главных достоинств газопламенной сварки является спектр задач, которые она может решать. С помощью данной технологии можно производить не только соединение металлических заготовок, но и паяние, устранение мелких дефектов, наплавку и резку деталей.

К другим преимуществам метода можно отнести:

1. Доступность. Применяемое оборудование можно эксплуатировать без привязки к источникам энергии.
2. Точную регулировку температуры в зоне сварки. Это позволяет подобрать оптимальный режим для работы с различными материалами.
3. Высокое качество швов за счет подбора температуры, припоя и флюса.
4. Надежность соединений. Она обеспечивается за счет того, что на заготовках не образуются трещины и пустоты.
5. Низкая стоимость сварочных работ.

Все это делает газопламенную сварку востребованной в строительстве и в промышленности, при ремонте любых металлоизделий. Доступность оборудования позволяет применять эту технологию не только на специализированных предприятиях, но и в быту.

Лазерная сварка

В этом случае сварка производится за счет воздействия направленного лазерного луча, который создается квантовым генератором. Данный метод, несмотря на свою новизну, стал крайне востребованным. Лазерную сварку сегодня можно заказать в большинстве профильных компаний, в том числе и в «Артекс».

Одним из главных достоинств данной технологии можно считать ее точность. Лазер позволяет сосредоточить энергию, необходимую для формирования сварочной ванны, на небольшом участке с точностью до десятых долей миллиметра. В результате возможно получить тонкий шов, недостижимый для других методов сварки. За счет наличия резонаторов в современных станках поток по площади легко регулировать.

Еще одно важное достоинство лазерной сварки заключается в том, что для ее проведения не требуется вакуум. Это значит, что обработка может проводиться в обычных атмосферных условиях. Для защиты сварочной ванны от окисления обычно применяется аргон. При этом необходимо учитывать то, что в процессе обработки происходит расплавление и испарение металла, что может привести к экранированию луча. Для того чтобы этому противодействовать, в зону сварки подается гелий.

Третье важное достоинство данной технологии в том, что ее можно полностью автоматизировать. Это позволит значительно увеличить точность обработки и исключить человеческий фактор.

Важно и то, что различные виды лазерной сварки соединений и швов могут применяться с заготовками большой толщины. При этом термическое повреждение не распространяется по ширине, что дает возможность работать даже с малыми деталями.

Плазменная сварка

Еще одна современная технология, которая часто используется крупными специализированными компаниями. Плазменная сварка используется для обработки заготовок небольшой толщины, изготовленных из тугоплавких металлов, а также неметаллов. Она также может применяться для резки. Для обеспечения необходимой температуры в данной технологии используется плазма — ионизированный газ. Заряженные частицы в нем проводят электрический ток. Ионизация газа происходит при увеличении температуры дуги, вытекающей из специального станка. Ее температура может достигать 30 000 ℃. Этот вид обработки имеет общие черты с дуговой сваркой металлов, но предполагает применение более мощного источника энергии.

Сам процесс происходит следующим образом:

1. Происходит зажигание дежурной дуги, а затем ее сжатие в плазмотроне.
2. В устройство под давлением поступает аргон, который обеспечивает образование плазмы.
3. Температура в плазмотроне резко увеличивается, после чего газ увеличивается в объеме и истекает из сопла с высокой скоростью.

В результате к заготовке применяется не только термическое, но и кинетическое воздействие. Для защиты шва используется инертный аргон, который подается отдельно от плазмообразующего газа.

Данный вид сварки металлов может применяться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Первый метод обычно применяется при небольшом объеме работ, а второй — в промышленном производстве.

Термитная сварка

Это метод, где источником тепла выступает расплавленный металл, который образуется в результате горения специальных составов, называемых термитами. В них обычно входят алюминиевая или магниевая пудра, металлическая окалина и горючие элементы — кремний, магний.

Для проведения сварки обычно применяется алюминиевый термит. Для его воспламенения необходима температура свыше 1300 ℃. Для ее достижения используются специальные электрозапальные устройства. Сама смесь горит крайне активно, причем скорость этого процесса напрямую зависит от размера зерен термитной смеси. Весь состав полностью сгорает примерно за 20—30 секунд. Этот процесс протекает в специальном огнеупорном тигле. После окончания горения в нем остается жидкая сталь и перегретый шлак, которые и используются для соединения деталей.

Этот метод обычно используется для стыковки массивных изделий, например, рельсов и труб. Данная технология позволяет получать надежные и прочные швы, причем даже в полевых условиях.

Сварка трением

Эта техника — одна из разновидностей соединения деталей с использованием давления. Методика предполагает нагрев, образующийся от взаимного движения заготовок, то есть от трения. Такой эффект может достигаться за счет вращения деталей или возвратно-поступательного движения. Достоинством такого метода является то, что нагреву подвергается только внешний слой кромки. Кроме того, при сварке трения не требуется плавление металла. Данная технология может применяться при соединении деталей как из одного, так и из разных материалов.

Холодная сварка

Как и следует из названия, данный вид сварки соединений и швов не предполагает нагрева деталей. Он происходит с использованием совместной пластической деформации заготовок. Соединение возникает за счет атомных связей между деталями. С помощью данной технологии можно проводить сварку металлов, не ухудшая их свойств. Также она позволяет работать с хрупкими и разнородными материалами.

Это далеко не все виды сварки соединений и швов, применяемые в современном мире. Вариант, оптимальный для решения конкретной задачи, должен выбираться в зависимости от свойств металла и особенностей необходимой конструкции.