Не всегда получается изготовить цельные конструкции, а использование массивной заготовки нецелесообразно ввиду образования большого количества отходов. В этом случае применяют сварку плавлением. Способ подходит для обработки любых материалов, меняющих свое состояние при нагревании. В некоторых случаях применяется термитная сварка.
Сварку плавлением применяют в тех случаях, где не всегда получается изготовить цельные конструкции.
Суть процесса
Принцип действия заключается в использовании мощного источника энергии, передающего тепло сварочной ванне. В рабочую зону подается расплавленная проволока, которая при остывании представляет собой сварной шов. Путем перемещения горелки увеличивают обрабатываемую зону, одновременно добавляют присадочный материал. По мере охлаждения расплав кристаллизуется, образуя прочное соединение. Процесс возбуждения электрической дуги протекает в 3 этапа:
- электродом касаются заготовки, возникает короткое замыкание, нагревающее кончик;
- стержень отводят на нужное расстояние, которое определяют опытным путем;
- поддерживают стабильное горение дуги.
Некоторые аппараты снабжены функцией бесконтактного розжига. Для этого используется специальное устройство – осциллятор.
Электродуговая сварка металла
Электродуговая сварка металла представляет собой один из способов сваривания металлов, суть которого заключается в нагреве и расплавлении металла электрической дугой. Это один из самых распространенных методов сварки. Впервые этот способ был открыт ученым Славяновым Н.Г. в 1888 году. Для этого он использовал металлический плавящийся электрод. Сварка происходила под слоем флюса. Электродуговая сварка металла осуществляется постоянным током. При этом плюс находится на свариваемой детали, а минус на электроде. Процесс электросварки выполняется как плавящимся электродом, так и неплавящимся. Такой способ сварки широко применяется в ремонтных работах, монтажных, машиностроении, в строительстве и др. областях.
Сферы применения
Способ широко распространен в строительстве. Его используют для надежного соединения металлических элементов: листов, профильных и стандартных труб. Однако сфера применения не ограничивается строительством. Технология распространена в автомобиле- и самолетостроении, других отраслях науки и техники.
Самолетостроение – одна из отраслей, где применяется сварка плавлением.
Классификация основных видов сварки плавлением
В зависимости от способа передачи тепла методы делятся на газовые и электрические. Последняя технология, в свою очередь, имеет несколько разновидностей.
Рекомендуем к прочтению Как использовать ультразвуковую сварку
Плазменная
Для нагрева используется укороченная дуга. Носителем энергии является электрический разряд. Металл разогревается благодаря воздействию ионизирующего газа. Для запуска процесса требуется повышение температуры до +5500 °С. Принцип действия метода основан на расплавлении материала потоком плазмы, вырабатываемой плазмотроном. Дуга окружена газом, который быстро ионизируется. Заряженные частицы формируют направленный поток. Метод применяют для сварки заготовок из:
- вольфрама;
- молибдена;
- никелевых сплавов;
- нержавеющих сталей.
Плазменная сварка может использоваться для соединения и резки металлических листов толщиной до 1 см.
Плазменная сварка.
Газовая
Сварка с плавным нагревом используется для скрепления медных, алюминиевых, чугунных, стальных заготовок. Расстояние между соединяемыми деталями заполняют присадочным материалом, который плавится вместе с краями элементов конструкции. Стык прогревают горелкой, пламя в которой образуется при поджигании смеси кислорода и другого газа:
- водорода;
- пропана;
- бутана;
- ацетилена;
- бензиновых или керосиновых паров.
Газовая сварка.
При газовой сварке не используется электрическая энергия, поэтому работы можно выполнять в любых условиях. Недостатком считается невозможность скрепления толстых деталей.
Дуговая
Нагрев металла осуществляется за счет дуги, возникающей при прохождении тока через детали и электрод. Из расплавленных краев заготовок и присадочного материала формируется сварочная ванна. После остывания жидкого металла образуется сварной шов. Способы дуговой сварки классифицируют по таким характеристикам:
- вид электрода (неплавящийся, плавящийся);
- тип тока (постоянный, переменный, с прямой или обратной полярностью);
- уровень механизации (автоматическая, ручная, полуавтоматическая);
- вид дуги (прямая или косвенная);
- способ защиты рабочей зоны (флюсы, использование покрытых электродов или инертного газа).
Присадочный материал должен быть выполнен из того же металла, что и заготовка. При невозможности определения марки стали приобретают переходные электроды. Их же используют для сварки деталей из разнородных сталей. В качестве неплавящихся электродов применяют угольные, вольфрамовые или графитовые стержни.
Рекомендуем к прочтению Что такое сварка TIG
Дуговая сварка.
Лазерная
Разогрев кромок происходит под воздействием луча. Лазерная сварка считается самым точным методом формирования сложных конструкций.
Для снижения стоимости работ в промышленных условиях лазерный поток делят на несколько частей, нагревающих множество стыков. В домашних мастерских используют компактные установки, формирующие швы с поверхностным или глубоким плавлением.
Лазерная сварка подходит для работы с драгоценными и цветными металлами, нержавеющей сталью, титаном. К преимуществам метода относятся:
- отсутствие нагрева прилежащих к шву областей, минимизирующее вероятность деформации;
- возможность работы в труднодоступных местах;
- перевод аппарата в режим резки без использования дополнительных модулей;
- возможность работы без газовой среды и флюса.
Лазерная сварка.
Недостатками считают низкий КПД, высокую стоимость оборудования.
Электрошлаковая
Для плавления металла используется энергия, выделяемая при прохождении тока через слой жидкого шлака. Заготовки устанавливают вертикально, с небольшим расстоянием.
Проволока подается в зазор через мундштуки, подключенные к источнику питания.
Сварочная ванна поддерживается ползунами. Они перемещаются по мере формирования шва. Электрошлаковая сварка применяется для соединения габаритных элементов из никелевых, медных и титановых сплавов. Преимуществом считается формирование шва любой толщины за 1 проход.
Электрошлаковая сварка.
Индукционная
Заготовка нагревается под воздействием электромагнитной индукции. Для этого применяют высокочастотные токи, проникающие в металл. Шов формируется за несколько секунд. Длительность нагрева не зависит от толщины заготовок или теплопроводности материала. Такая сварка чаще всего применяется для соединения элементов стальных трубопроводов.
Индукционная сварка.
Электронно-лучевая сварка
Источником высокой температуры становится сфокусированный луч, вырабатываемый специальной пушкой. Процесс ведется в вакуумной камере. Плавлению способствует интенсивная бомбардировка металла движущимися с высокой скоростью электронами. Кинетическая энергия частиц при ударах преобразуется в тепловую. Металл расплавляется, образуется шов. Метод распространен в приборостроении, авиации, космической отрасли.
Электронно-лучевая сварка.
Оборудование для ручной дуговой сварки
Оборудование, необходимое для ручного дугового сваривания, состоит:
- из источника питания, который может быть как переносным, так и стационарным в зависимости от вида выполняемых сварщиком работ;
- из кабеля с электродержателем, в котором фиксируется покрытый специальной обмазкой электрод;
- из кабеля обратного заземления для соединения свариваемого изделия с источником питания.
Также не стоит забывать о дополнительных средствах, таких, как: защитная маска, перчатки сварщика, разнообразные приспособления для удаления шлака и другие вещи, необходимые для удобства специалиста.
Технологии сварки плавлением
Процесс соединения деталей при использовании любого способа включает такие этапы:
- Подготовка элементов. Края очищают от жировых следов и коррозии, срезают кромки с учетом толщины.
- Установка деталей в нужное положение и их фиксация.
- Розжиг дуги (при использовании некоторых методов). В других случаях выполняют нагрев деталей иным способом.
- Формирование шва. После остывания соединение очищают от шлака.
Рекомендуем к прочтению Информация о сварке с помощью трения
Опишите ручную дуговую сварку плавящимся электродом
Ручная дуговая сварка выполняется плавящимся или неплавящимся (угольным, графитовым, вольфрамовым, гафниевым) электродом. При сварке плавящимся электродом (рис. 5.1) дуга горит между ним и изделием. Формирование металла шва осуществляется за счет материала электрода и расплавления основного металла в зоне действия дуги. При сварке неплавящимся электродом для формирования металла шва в зону дуги извне подается присадочный материал.
Наибольшее применение нашла сварка плавящимся электродом, так как ее можно применять во всех пространственных положениях, сваривая черные, цветные металлы и различные сплавы. При этом используются электроды диаметром 1÷ 12 мм. Однако основной объем работ выполняется электродами диаметром 3 ÷ 6 мм.
Электроды классифицируются по материалу, из которого они изготовлены, по назначению, по виду покрытия, по свойствам металла шва, по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки, по роду и полярности тока.
По назначению электроды подразделяются на следующие группы: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей – У; для сварки теплоустойчивых легированных сталей – Т; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами – В; для наплавки слоев с особыми свойствами – Н.
48. Свариваемость. Основные технологические приемы для трудно и ограниченно свариваемых сталей.
Ограниченно свариваемые стали имеют содержание углерода от 0,36 до 0,45% и склонны к образованию трещин. Сварка требует обязательного подогрева. Плохо свариваемые стали содержат углерод в количестве более 0,45%. При их сварке требуются специальные технологические процессы.
Легирование стали одним или несколькими легирующими элементами придает ей определенные физико-механические свойства. Как правило, повышение уровня легирования и прочности стали приводит к ухудшению ее свариваемости и первостепенная роль в этом принадлежит углероду.
Низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами плавления. Получение же при сварке равнопрочного сварного соединения, особенно у термоупрочненных сталей, вызывает определенные трудности. В зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. При наложении последующих швов эти зоны становятся участками деформационного старения. Это в конечном итоге приводит к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и соответственно к появлению холодных трещин. В среднелегированных сталях увеличивается склонность к закалке, в связи с чем такие стали имеют высокую чувствительность к термическому циклу сварки. Их околошовная зона оказывается резко закаленной, а следовательно, и непластичной при всех режимах сварки, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва. Поэтому с целью снижения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке этих сталей необходим предварительный подогрев свариваемого изделия.
При сварке высоколегированных хромистых 08X13, 08Х17Т и некоторых других сталей существуют отличительные особенности: высокий порог хладноломкости стали, находящийся обычно в области положительных температур; склонность к значительному охрупчиванию в околошовной зоне; низкая пластичность и вязкость металла шва, выполненного сварочными материалами аналогичного со сталью химического состава; невозможность устранить охрупчивание термообработкой.
Сварку таких сталей необходимо выполнять с минимальным тепловложением, так как с увеличением погонной энергии возрастает склонность зон сварного соединения к росту зерен, появлению микротрещин и падению пластичности. При этом снижается сопро-тивляемость сварного соединения локальным повреждениям и межкристаллической коррозии. В процессе сварки возникает опасность коробления и появляется повышенный уровень остаточных напряжений. После сварки в ряде случаев требуется термообработка.
Стандарты и требования
Процесс сварки плавлением регулируется следующими документами:
- ГОСТ 11969-79 (основные термины и обозначения);
- ГОСТ Р ИСО 5817-2009 (требования к качеству шва);
- ГОСТ Р 55143-2012 (параметры сварки);
- ГОСТ 30242-97 (описание и способы устранения дефектов).
Предъявляемые к швам требования зависят от назначения конструкции. Однако соединения должны иметь показатели твердости и прочности, приближенные к таковым у цельных элементов.
Методы контроля качества
При работе с конструкциями, не относящимися к категории ответственных, ограничиваются визуальным осмотром. Шов очищают от шлака и оксидного налета, снимают фиксаторы. Соединение должно быть равномерным, мелкочешуйчатым, иметь одинаковую ширину по всей протяженности. Сквозные отверстия, наплывы или посторонние включения должны отсутствовать. Для проверки ответственных конструкций применяют:
- радиационный метод;
- ультразвуковую дефектоскопию;
- магнитный контроль;
- капиллярный метод.
