Виды сварки металлов и их краткая характеристика

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.

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 самому варить автогеном

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 Как осуществляется сварка взрывом

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.

Термомеханический класс сварки

Это комбинированные виды сварки металла, выполняемые с применением повышенной температуры и механических усилий. Как правило применяется способ для соединения малогабаритных деталей, которые стыковать обычными классическими методами невозможно.

Рабочий процесс выполняется с помощью электродов-губок, в которых одновременно крепится две части изделия. Основные виды сварки термомеханического класса — кузнечная, контактная и диффузионная.

Кузнечная техника

Выполняется с помощью ручных инструментов. Металл вначале раскаляется, потом дна на другую нахлестываются детали и сверху молотком наносятся удары.

Чтобы достичь максимально качественных соединений предварительно необходимо тщательно очистить заготовки от налетов и образовавшихся на поверхности окислений.

Данный способ подходит не для всех металлов. Весомым недостатком считается низкая производительность. Поэтому кузнечное дело активно вытесняют другие более современные и технологичные типы сварок.

Контактная сварка

Процесс сваривания выполняется следующим образом. Нагрев поверхности достигается за счет прилегания к изделию поверхности иглы. Металл подготавливается методом механического осадочного воздействия или сдавливания. Потом через инструмент с необходимым диаметром подается электрический ток.

Благодаря химическому воздействию атомов металла даже самые мелкие элементы можно сваривать с максимальной надежностью и прочностью.

Виды сварок металла контактной техникой разделяют на стыковые, роликовые и точечные. Такие способы активно применяются в машиностроении и других промышленных направлениях.

Диффузионный способ

Применяется для материалов с плохими контактирующими свойствами. Основан метод на процессе диффузии атомов при повышенном уровне вакуума. Верхний слой свариваемой поверхности нагревается до аналогичной плавлению температуры. Посредством усиленного механического воздействия осуществляется контакт и стыковка, при этом 20 Мпа должна составлять минимальная мощность сжатия.

Процесс стыковки происходит в специальной камере. Помещаемые в нее детали длительное время выдерживаются под воздействием электрического тока.

Технологии сварки плавлением

Процесс соединения деталей при использовании любого способа включает такие этапы:

1. Подготовка элементов. Края очищают от жировых следов и коррозии, срезают кромки с учетом толщины.
2. Установка деталей в нужное положение и их фиксация.
3. Розжиг дуги (при использовании некоторых методов). В других случаях выполняют нагрев деталей иным способом.
4. Формирование шва. После остывания соединение очищают от шлака.

Рекомендуем к прочтению Технология плазменной сварки

Механический класс

Классификация способов сварки включает еще одну разновидность — механическую состыковку материалов, выполняемую путем физического воздействия на них. В данном случае нет необходимости применять температуру плавления. Нагревание происходит при переходе механической энергии в кинетическую и при достижении момента плавления изделия соединяются прочными швами.

Механические классы сварки подразумевают применение нескольких эффективных технологий.

Способ трения

В большинстве случаев сваривание трением используется для стержневых конструкций и труб с небольшим диаметром. Процесс автоматизированный и происходит в специальных установках в шпиндель которых фиксируются рабочие заготовки. Движущуюся деталь машина перемещает к неподвижной, в результате элементы нагреваются и происходит оплавление.

Техника позволяет варить состоящие из разных сплавов металлы, быстро выполняет нужные задачи и отличается экономичностью.

Холодная сварка

Механическая сварка холодным видом востребована при необходимости состыковать трубы, проволоки или шины. Соединяются заготовки вследствие деформирования пластических материалов при воздействии давления от 1 до 3 Гпа. При этом температура может быть даже минусовой.

Свариваемые поверхности нужно хорошо очистить от загрязнений и ржавчины. Поскольку происходит стыковка на межатомном уровне, то соответственно поверхности элементов должны быть безупречно обработанными и идеально ровными.

Сварка взрывом

Соединение деталей этим способом происходит посредством пластической синхронной их деформации. К надежно закрепленной мишени параллельно прикладывается подвижная часть изделия. Далее выполняется максимально контролируемый взрыв.

Методика подходит для соединения разнородных металлов. В качестве взрывных веществ используются смеси аммонита, гранулотола и гексогена.

Ультразвуковая методика

Перечисляя входящие в механическую группу виды сварок металла следует также уделить внимание УЗ-технологии. В данном случае задействованы источники энергии, которые на выходе образуют ультразвуковые колебания.

Актуален способ при создании точечных и шовных соединений под механическим воздействием. Вследствие сухого трения оксидные пленки разрушаются, далее осуществляется сваривание в процессе чистого трения.

Важным плюсом здесь является то, что отпадает необходимость предварительно очищать поверхности, а это обеспечивает экономию временных затрат. К недостаткам относят высокую стоимость оборудования, а также мизерный диапазон толщины соединяемых материалов.

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.

Особенности выбора подходящего вида и техники сварки

Классификация видов сварки настолько широка, что довольно часто специалисты (особенно начинающие) задаются вопросом — какие виды сварки существуют, с помощью которых даже непрофессионал смог бы осуществлять сваривание и получать при этом стыки безупречного качества.

Если перечислить все виды сварок не составит особых затруднений, то однозначно ответить какой из них самый лучший невозможно. Дело в том, что каждый среди тех какие виды сварки есть отличается техникой исполнения и используемым оборудованием. Также рассматривать необходимо и то, какими достоинствами и недостатками обладают конкретные виды сварок и их применение имеет четкое ограничение.

Аргоновая сварка

Сущность методики состоит в применении неплавящихся электродов. Преимуществами являются:

• идеальная фиксация тонких элементов;
• возможность контролировать глубину прогрева металла;
• намного меньше брызги от искр если сравнивать другие виды сварок, какие бывают и активно применяются;
• ровный, равномерный, красивый внешне шов, что особенно важно в случаях, где большое значение отводится эстетическим показателям готового изделия.

Недостатки:

• при ручном сваривании весьма низкая производительность;
• автоматическое соединение противопоказано для стыков с разной направленностью или слишком коротких;
• дорогостоящее оборудование.

Применяется сваривание аргоном при изготовлении металлоконструкций из алюминия, меди, титана, нержавеющей и легированной стали, сплавов цветных металлов.

Дуговая сварка

Достаточно распространенная классификация сварки, обладающая рядом положительных особенностей:

• возможность соединять детали в любых пространственных положениях;
• универсальность применения в местах с ограниченным доступом;
• рабочий процесс доступен на переменном и постоянном токе;
• невысокая стоимость.

Продолжением преимуществ выступают также и минусы:

• швы не отличаются желаемым качеством, на них присутствуют непровары и бугорки;
• весьма низкий КПД из-за высокого количества отходов;
• не подходит для состыковки тонких заготовок;
• низкие показатели производительности.

Применяют дуговую технику для изготовления лестниц, навесов, ограждений, стыковки труб, монтажа магистральных трубопроводов. Высокими эстетическими свойствами шов не отличается, но если выбирать какие виды сварки существуют для создания изделий из толстого металла, то одним из лучших способов считается дуговой.

Газопламенная техника

Сопоставляя современные виды сварки, которые подойдут для сваривания изготавливаемых из труб узлов и соединений, а также для монтажа трубопроводов среднего и малого диаметров, то здесь стоит отдать предпочтение газовому способу.

Очевидные преимущества:

• полная независимость от электропитания;
• удобность транспортировки оборудования из одного места в другое;
• отсутствие перегрева и прожогов металла;
• возможность создавать внутренние швы в трубах маленького диаметра.

Но есть у методики и некоторые недостатки. Это повышенные требования к профессионализму сварщика, достаточно большая площадь нагрева, низкие коэффициенты производительности.

Сваривание полуавтоматом

Технология аналогична дуговой, но здесь подача электрода происходит автоматически. В числе плюсов следует отметить:

• легкость и безопасность рабочего процесса;
• экономичность;
• отменная точность и хорошая производительность;
• ровность швов;
• возможность соединять детали от 2 до 30 мм толщиной.

Отрицательные моменты полуавтоматического способа:

• невозможность скорректировать стык во время рабочего процесса, поскольку увидеть его нельзя;
• если ток больше 200А, то расплавленный металл сильно разбрызгивается и необходимо удалять все окалины;
• применять полуавтомат можно только внутри помещений.

Что касается применения, то данная техника подходит для создания и монтажа металлических ограждений, лестниц, ворот, гаражей и других конструкций.

Чтобы выбрать наиболее подходящий для конкретных целей способ состыковки элементов необходимо знать какие бывают виды сварки, проводить аналогию каждого из них и только после тщательного анализа отдавать предпочтение конкретной технологии.

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.