Сварка ручная дуговая и газовая сварка

Обновлено: 09.05.2024

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения каких-либо твердых материалов путем их местного плавления или пластического деформирования, в результате чего образуются прочные связи между атомами свариваемых материалов.

Сварка металлов подразделяется на различные виды по физическим, техническим и технологическим признакам.

Классификация сварки металлов по физическим признакам

Классификация по физическим признакам осуществляется в зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения. В результате сварочные процессы подразделяются на три класса:

К термическому классу относятся такие разновидности сварки, которые осуществляются плавлением с использованием тепловой энергии: дуговая, электронно-лучевая, электрошлаковая, плазменная, ионно-лучевая, световая, сварка тлеющим разрядом, индукционная, термитная, газовая и литейная.

К термомеханическому классу сварки относятся такие ее виды, которые производятся как с использованием тепловой энергии, так и с использованием давления. Сюда относятся: контактная сварка, индукционно-прессовая, диффузионная, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, печная и термитно-прессовая.

К механическому классу сварки относятся разновидности, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная, ультразвуковая, взрывом, трением и магнитно-импульсная.

Классификация сварки металлов по техническим признакам

К техническим признакам относят следующее:

— способ защиты металла в зоне сварки;

— степень непрерывности процесса сварки;

— степень механизации процесса.

С точки зрения способа защиты металла различают сварку в воздухе, вакууме, различных защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене, с комбинированной защитой.

По непрерывности процесса сварки различают непрерывные и прерывистые виды; по степени механизации различают ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические виды сварки.

Краткая характеристика основных видов сварки

Дуговая сварка является наиболее распространенным и универсальным видом сварки. Относится к сварке плавлением.

Плавление основного и присадочного металла производится электрической дугой, горящей между электродом и металлом, который сваривают. Расплавленный основной и присадочный металл (электрод или сварочная проволока) образуют так называемую сварочную ванну; в результате кристаллизации металла сварочной ванны образуется сварной шов.

Для защиты сварного шва от окисления применяют электроды с толстым покрытием с обмазкой, выделяющей при горении дуги жидкие шлаки и восстановительные газы (например, СО₂; водород).

Сварку угольными электродами с зависимой (рис. 2,б) или независимой (рис. 2, в) дугой с присадочными прутками применяют ограниченно, преимущественно для сваривания тонкостенных изделий из цветных металлов. Более широко применяют угольные электроды для дуговой резки (особенно для резки шлифованных сталей).

Рисунок 2 - Дуговая ручная сварка

Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса

Этот вид сварки применяется при больших масштабах производства для соединения деталей прямыми и круговыми швами (рис.3). Электродом служит полая сварочная проволока 1.

Производительность данного процесса в 5—10 раз выше, чем при ручной дуговой сварке. Качество сварных швов также высокое.

Рисунок 3 - Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса

Сварка в защитных газах

Сварка осуществляется плавящимися (рис. 4, а) или неплавящимися (вольфрамовыми) электродами (рис. 4, б) в струе инертных газов.

Рисунок 4 - Сварка в защитных газах

Данный способ применяют при сваривании деталей из высоколегированных сталей, титановых, никелевых, алюминиевых и магниевых сплавов. При сварке углеродистых сталей используется более дешевый углекислый газ.

Электрошлаковая сварка

В данном виде сварки плавление основного и присадочного металлов осуществляется теплом, которое выделяется при прохождении электрического тока через расплавленный шлак в течение установившегося процесса сварки.

Электрошлаковая сварка классифицируется по виду электрода, наличию колебаний электрода, количеству электродов и некоторым другим признакам. Применяется для соединения массивных заготовок (корпусные детали крупных машин, резервуары высокого давления и т. п.).

Газовая сварка

Данный вид сварки основан на плавлении основного и присадочного металлов высокотемпературным газово-кислородным пламенем. В качестве горючего для сгорания в кислороде применяют самые разные газы: водород, ацетилен, пропан-бутановую смесь, пары бензина, пары керосина, городской газ, природный, светильный, коксовый, нефтяной и другие газы.

Ацетиленокислородная сварка (рис.5) осуществляется в пламени инжекционной горелки. Присадочным металлом служит проволока или прутки из металла, близкого по составу к металлу свариваемых деталей. Качество соединений при ацетиленокислородной сварке ниже, чем при электродуговой сварке.

Рисунок 5 - Ацетиленокислородная сварка

Контактная сварка

Сварка встык сопротивлением применяется, как правило, для соединения деталей с небольшими сечениями. Торцы деталей сжимают гидравлическим прессом, затем включают электрический ток. Металл на стыке при этом доводится до пластического состояния.

Другая разновидность контактной сварки — сварка оплавлением. При этом способе стык сначала сжимают небольшим усилием, затем включают ток. В результате на стыке образуется большое число микродуг, расплавляющих металл (рис. 6, б). После оплавления стык сжимается гидравлическим прессом (рис. 6, в). Сварку оплавлением применяют для соединения деталей больших сечений, кроме того — деталей из разнородных материалов.

Еще один вид контактной сварки — точечная сварка, подразделяемая на одноточечную, двухточечную и многоточечную.

Контактная сварка может выполняться различными видами электрического тока — постоянным, переменным, пульсирующим.

Рисунок 6 - Стыковая сварка

Понятие о свариваемости металлов

Свариваемостью в сварочном производстве называется способность однородных и разнородных металлов (а также их сплавов) образовывать сварное соединение, которое сможет работать при заданных нагрузках, среде, температуре и других условиях.

При сварке плавлением свариваются только металлы, имеющие хорошую взаимную растворимость. Хорошо свариваются все однородные металлы, то есть сталь со сталью, чугун с чугуном, медь с медью и т. п. Медь и свинец не обладают взаимной растворимостью и в расплавленном (жидком) состоянии образуют неперемешивающиеся слои, поэтому сварить медь и свинец практически невозможно. Трудно сваривается железо со свинцом, алюминий- с висмутом, железо с магнием и т. д. Поэтому в таких случаях для обеспечения свариваемости разнородных металлов обычно используют третий металл, обладающий хорошей взаимной растворимостью с обоими свариваемыми металлами.

Кроме свойств основного металла, свариваемость зависит от вида и режима сварки, состава присадочного металла и флюса, от вида защитного газа. Так, например, сваривать углеродистую сталь в среде азота нельзя, потому что произойдет насыщение металла шва азотом, а в результате — старение металла. Сварка меди в азоте, наоборот, происходит благоприятно, поскольку расплавленная медь практически нейтральна к азоту.

Для определения свариваемости металлов и их сплавов на практике используется более 150 способов.

Дуговая сварка

Дуговая сварка является наиболее распространённым способом сварки плавлением, при котором нагрев осуществляется электрической дугой, горящей между электродом и заготовкой. Дуга – это мощный разряд электричества в ионизированной газовой среде, сопровождаемый выделением большого количества теплоты и света.

В зависимости от типа электрода, а также типа дуги различают следующие виды дуговой сварки:

1) сварку неплавящимся электродом (графитовым или вольфрамовым) с помощью дуги прямого действия, при которой соединение получается либо путём расплавления только основного материала, либо с добавлением присадочного материала (рис. 5.5-а); этот распространённый вид сварки впервые предложен в 1882 г. русским учёным Н. Н. Бенардосом;

2) сварку плавящимся электродом (металлическим) с помощью дуги прямого действия, при которой соединение получается путём одновременного расплавления основного материала и электрода, который пополняет сварочную ванную жидким металлом (рис. 5.5-б); этот наиболее распространённый вид сварки впервые предложен в 1888 г. русским учёным Н. Г. Славяновым;

3) сварку косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами и не имеющей электрической связи со свариваемой заготовкой, в результате чего основной материал нагревается и расплавляется выделяемой теплотой близко расположенной дуги (рис. 5.5-в); этот вид используется при сварке неэлектропроводных материалов, например, стекла, а также при необходимости уменьшить расплавление основного материала, например, при пайке, наплавке, металлизации или напылении;

4) сварку трёхфазной дугой, горящей между двумя электродами, а также между каждым из них и основным металлом (рис. 5.5-г); этот вид используется для увеличения мощности сварки и повышения производительности, например, при наплавке.

Электропитание дуги осуществляется постоянным и переменным током. При применении постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности. При сварке на прямой полярности электрод подключают к отрицательному полюсу (катод, рис. 5.5-а, б), а при сварке на обратной полярности – к положительному (анод, рис. 5.5-б, справа). Последнее позволяет проводить сварку материалами с тугоплавкими покрытиями и флюсами, поскольку тепловыделение в области анода значительно больше, чем в области катода. Кроме того, сварка на обратной полярности используется для получения качественных соединений алюминия и его сплавов, на поверхности которых образуется прочная и тугоплавкая плёнка оксида Al₂O₃, плавящегося при температуре 2050°С и препятствующего соединению. Эта плёнка разрушается, если её бомбардировать не лёгкими электронами, летящими с катода, а обладающими намного большей энергией тяжёлыми ионами, летящими с анода.

Источниками постоянного тока являются сварочные выпрямители и генераторы. Источниками переменного тока являются сварочные трансформаторы, которые более распространены, поскольку проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД, чем выпрямители и генераторы постоянного тока. Однако постоянный ток более предпочтителен в технологическом отношении, так как при его применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку не только на прямой, но и на обратной полярности.

Рис. 5.5.Основные виды дуговой сварки:

а – неплавящимся электродом; б – плавящимся электродом; в – косвенной дугой; г – трёхфазной дугой: 1 – неплавящийся электрод; 2 – дуга прямого действия; 3 – основной материал; 4 – присадочный материал; 5 – плавящийся электрод; 6 – косвенная дуга; 7 – трёхфазная дуга

Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает в себя три этапа: 1) короткое замыкание электрода на заготовку; 2) отвод электрода на расстояние 3…6 мм; 3) возникновение устойчивого дугового разряда. Во время зажигания дуги происходит ионизация дугового промежутка, которая непрерывно поддерживается в процессе её дальнейшего горения.

Короткое замыкание (рис. 5.6-а) выполняется для разогрева торца электрода 1 (катода) и заготовки 2 (анода) в зоне её контакта с электродом. После отвода электрода (рис. 5.6-б) с его разогретого торца под действием электрического тока начинается термоэлектронная эмиссия электронов 3. Столкновение быстро движущихся от катода к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации и появлению ионов 4. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул вследствие их соударения происходит дополнительная ионизация. В результате дуговой промежуток становится электропроводным. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда (рис. 5.6-в). Температура столба дуги 5 зависит от материала электрода и состава газов в дуге и при сварке стальным электродом примерно равна 6000°С, а температуры катода и анода в зонах наибольшего разогрева 6 и 7, соответственно, 2700°С и 2900°С. При этом в области анода, как правило, выделяется значительно больше тепловой энергии, чем в области катода (но при сварке дугой переменного тока температуры анода и катода выравниваются вследствие периодической смены полярности).

Возможно зажигание дуги и без короткого замыкания и отвода электрода. Для этого в сварочную цепь на короткое время подключают осциллятор, т.е. источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения, который создаёт высокочастотный электрический разряд через дуговой промежуток, обеспечивая его первоначальную ионизацию. Такой способ применяют для зажигания дуги при сварке неплавящимся электродом.

Рис. 5.6.Последовательность процесса зажигания дуги:

а – короткое замыкание; б – отвод электрода; в – возникновение устойчивого дугового разряда: 1 – электрод; 2 – заготовка; 3 – электроны; 4 – ионы; 5 – дуга; 6 – зона наибольшего разгорева катода; 7 – зона наибольшего разгорева анода

Виды дуговой сварки различают также по степени механизации процесса и способу защиты дуги и расплавленного материала.

Ручную дуговую сварку выполняют плавящимися сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают в направлении получаемого шва. Электроды представляют собой проволочные стержни с нанесёнными на их боковую поверхность покрытиями, которые предназначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и получения шва заданного состава и свойств. В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газо- и шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие.

В процессе сварки металлическим покрытым электродом (рис. 5.7) дуга 1 горит между электродом 2 и основным металлом 3. Электрод плавится, и расплавленный металл каплями падает в сварочную ванну 4. Вместе с электродом плавится и его покрытие 5, образуя защитную газовую атмосферу 6 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 7 на поверхности расплавленного металла. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает, формируя сварной шов 8, на поверхности которого застывший шлак образует твёрдую шлаковую корку 9.

При толщине стали до 6 мм можно сваривать по зазору без разделки кромок заготовок. При бόльших толщинах для обеспечения полного провара выполняют одно- или двустороннюю разделку кромок путём их скоса под углом. Стыки толщиной более 10 мм сваривают многослойным швом, в котором толщина каждого слоя составляет около 6 мм.

.Сварка металлическим покрытым электродом: 1 – дуга; 2 – электрод; 3 – основной металл; 4 – сварочная ванна; 5 – покрытие электрода; 6 – защитная газовая атмосфера; 7 – жидкая шлаковая ванна; 8 – сварной шов; 9 – шлаковая корка; v_св – скорость сварки; v_п – сорость подачи сварочного металла

а)

Рис. 5.8.Возможные пространственные

положения сварного шва:

а – нижнее; б – потолочное; в – горизонтальное на вертикальной поверхности; г – вертикальное на вертикальной поверхности

Недостатками ручной сварки по сравнению с рассматриваемой далее автоматической сваркой являются низкая производительность, неоднородность качества шва по длине и необходимость высокой квалификации сварщика.

Рис. 5.9.Автоматическая дуговая сварка под флюсом:

1 – дуга; 2 – электродная проволока; 3 – основной металл; 4 – сварочная ванна; 5 – слой флюса; 6 – жидкая шлаковая ванна; 7 – сварной шов; 8 – шлаковая корка; 9 – механизм подачи; 10 – токопровод; v_св – скорость сварки; v_п – скорость подачи сварочного металла

Для автоматической дуговой сварки используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки в направлении образуемого шва, а также процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва полностью автоматизированы.

В процессе автоматической сварки под флюсом (рис. 5.9) дуга 1 горит между проволокой 2 и основным металлом 3, при этом как дуга, так и сварочная ванна жидкого металла 4 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30…50 мм. Часть флюса расплавляется, в результате чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла – жидкая шлаковая ванна 6.

Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Вследствие весьма быстрого движения электрода вдоль заготовки и одновременного отталкивания мощной дугой расплавленный металл оказывается сдвинутым назад, т.е. в сторону, противоположную перемещению дуги. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны застывают с образованием сварного шва 7, покрытого твёрдой шлаковой коркой 8. Проволока автоматически перемещается вдоль шва с помощью механизма перемещения и с нужной скоростью подаётся в дугу с помощью механизма подачи 9. Ток к ней подводится через токопровод 10.

Основные преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной состоят в повышении производительности процесса в 5–20 раз, улучшении качества, повышении стабильности сварных соединений и уменьшении себестоимости 1 м сварного шва. Автоматическая сварка позволяет сваривать за один проход без разделки кромок металл толщиной порядка 20 мм, что даёт существенную экономию наплавляемого металла по сравнению со сваркой в разделку. Флюс надёжно защищает сварочную ванну, обеспечивает её интенсивное раскисление и легирование вследствие увеличения объёма жидкого шлака, а также сравнительно медленное охлаждение шва под толстым слоем флюса и твёрдой шлаковой коркой, что обуславливает получение более высоких механических свойств наплавленного металла.

Автоматическую сварку под флюсом применяют в серийном и массовом производстве для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов на металле толщиной до 100 мм. Её используют при производстве сварных прямошовных и спиралешовных труб, котлов, резервуаров, корпусов судов, мостовых балок и других изделий.

Но автоматическую сварку под флюсом экономически невыгодно применять для получения коротких швов сложной траектории. Она также неприменима для получения вертикальных швов вследствие вытекания расплавленных металла и шлака. Неровности свариваемых кромок и колебания зазора при ручной сварке компенсируются сварщиком путём ускорения или замедления процесса сварки. При автоматической сварке это сделать невозможно, шов при этом получается с протёками или чрезмерным усилением и другими дефектами. Поэтому автоматическая сварка требует значительно более тщательной подготовки свариваемых кромок и сборки, чем ручная.

Разновидностью дуговой сварки под флюсом является полуавтоматическая сварка, при которой подача электрода со скоростью v_п (рис. 5.9) осуществляется автоматически, а перемещение его по направлению сварки – вручную. Этот способ применяют для получения коротких и криволинейных швов. Производительность полуавтоматической сварки примерно в 4 раза выше, чем ручной.

.Сварка в защитных газах

Ещё одной разновидностью дуговой сварки является сварка в защитных газах, в качестве которых обычно используют аргон или более дешёвый углекислый газ. Такую сварку выполняют как неплавящимся, так и плавящимся электродом, причём как ручным, так и автоматическим или полуавтоматическим способом. Если не применять защиту флюсом или шлаком, то расплавленный металл сварочной ванны взаимодействует с кислородом и азотом воздуха, теряя при этом механические свойства по всем показателям прочности и пластичности. Поэтому в данном способе применяют защиту путём создания специальной газовой атмосферы вокруг дуги и зоны сварки. Для этого электрод помещают в сопло, которое под давлением подаёт защитный газ в зону дуги (рис. 5.10). Дуговую сварку в защитных газах выполняют в любых пространственных положениях (например, вертикальном или потолочном, не допускающих использование флюса) и применяют как для соединения достаточно толстого металла, так и для сварки листового металла толщиной 0,2…1,5 мм. Этот вид сварки используют для соединения неповоротных стыков труб газо- и нефтепроводов, элементов ядерных установок, узлов летательных аппаратов, зубьев и ковшей экскаваторов. Дуговую сварку в защитных газах применяют даже под водой. По сравнению с ручной дуговой сваркой сварка в защитных газах обладает более высокой степенью защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и более высокой производительностью.

Какая сварка лучше – газовая или электрическая

Какая сварка лучше – газовая или электрическая, знает каждый профессиональный сварщик. Этот вопрос часто задают новички, только постигающие азы сварного дела. Однако однозначного ответа на этот вопрос нет. Каждый тип сварки предназначен для выполнения определенных видов работ и подходит для обработки тех или иных металлических заготовок.

Если говорить о том, какая сварка лучше в освоении для начинающих, то, однозначно, – электросварка. Она не требует такой высокой квалификации, как газовая, да и само оборудование и компоненты проще и дешевле. Из нашего материала вы узнаете о преимуществах и недостатках газовой и электросварки.

Плюсы и минусы газовой и электрической сварки

Сегодня существует довольно много способов соединения металла, однако самым популярным все так же остается сварка, которая может осуществляться с помощью электрического тока или газа. И тот, и другой вариант предполагает использование специального оборудования.

Электродуговой сваркой принято считать процесс соединения металлических изделий, который заключается в расплавлении участков материала и скреплении их же под воздействием электрической дуги. Для данного процесса используется специальный электрод, который либо расплавляется, либо просто нагревает поверхность.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Электродуговая сварка осуществляется с помощью постоянного тока или переменного, однако в последнем случае придется приобретать трансформатор для получения мощного заряда, который обеспечит стабилизацию дуги. Кроме того, к нему присоединяется еще и блок выпрямителя при сварке.

В данном случае сварка осуществляется благодаря выходящей из резака или горелки струи сгорающего газа, то есть присоединяются два баллона, в одном из которых окислитель (кислород), а в другом – пропан, бутан или метан. При использовании для горелки ацетилена окислитель уже не требуется.

Если говорить о том, какая сварка лучше – газовая или электрическая, нужно отметить, что и тот, и другой вариант обладает своими достоинствами и недостатками.

Что касается электродуговой сварки, то ее лучше использовать в тех условиях, где хорошая электросеть, которая способна перенести напряжение (рабочее и пусковое) сварочного аппарата. Кроме того, в данном случае отсутствуют баллоны с газом, которые постоянно необходимо возить на заправку. Еще одним плюсом является то, что аппарат для электросварки значительно меньше, чем для газовой. Помимо плюсов, у данного способа есть и отрицательные моменты, один из которых – риск удара током. Поэтому работник, который будет осуществлять сварку, должен соблюдать все правила техники безопасности, а также обладать большим опытом.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Чем же хороша газовая сварка? Первое несомненное преимущество – доступность даже там, где нет подключения к электричеству. Кроме того, газосварка применяется, когда электросеть не способна выдержать нагрузку электрического сварочного аппарата. Еще одним плюсом можно считать относительную безопасность для человека, поскольку она не так негативно воздействует на зрение. К минусам стоит отнести то, что газовая сварка предполагает использование довольно габаритного оборудования, которое приходится постоянно перевозить. Кроме того, необходимо обеспечить защиту от утечки газа, а баллоны требуют периодической заправки. Ну и, конечно же, всегда присутствует риск того, что газ может взорваться и привести к трагедии.

Технология газовой сварки

Газовая сварка представляет собой способ соединения металлов, который предполагает использование создающих высокую температуру газов, чаще всего это ацетилен и кислород, однако могут быть и другие. Главную роль в данном процессе выполняет пламя, от которого, во-первых, зависит температура нагрева, а во-вторых, возможность расплавления того или иного металла. Само оно состоит из ядра, в котором распадается ацетилен, восстановительной зоны, где происходит окисление водорода и углерода, а также факела, где газ сгорает окончательно.

В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена пламя бывает трех видов:

Нормальное – газы в данном случае подаются в равных пропорциях. Все зоны в таком пламени имеют синий цвет, однако восстановительная немного ярче.
Науглероживающее – имеет ярко-желтый цвет и свидетельствует о недостатке кислорода.
Окислительное – возникает при нехватке ацетилена. Такое пламя, как правило, бледное и короткое.

Во время сварки работник регулирует подачу газов в зависимости от пламени, ориентируясь на их цвет. Кроме того, от его типа зависит и то, с какой температурой будет осуществляться воздействие на металл. Как правило, она составляет не менее +3 000 °С, что обеспечивает возможность резать и плавить разные виды изделий.

Чаще всего для плавки и резки металла используется нормальное пламя, то есть когда газы (кислород и ацетилен) подаются в равных пропорциях. Однако если цвет огня начинает меняться, то настройки следует корректировать.

Способы реализации газосварки могут быть следующими:

газопламенная – используется специальная присадочная проволока, которая плавится вместе с металлом и заполняет образовавшийся между ними зазор;
газопрессовая – в данном случае скрепление деталей осуществляется путем плотного соединения предварительно расплавленных кромок (присадочная проволока не используется).

Нужно отметить, что далеко не все металлы могут быть соединены газопламенной сваркой. Чаще всего ее используют в отношении:

жести и тонколистовой стали не более 5 мм толщиной;
чугуна;
цветных металлов;
инструментальной стали.

Вышеперечисленные металлы схожи тем, что к ним может быть применен только плавный и мягкий нагрев, а обеспечить его способна лишь газовая сварка.

Резка и сварка металлов газом используется как в быту, так и во многих отраслях промышленности. Поскольку нагрев детали осуществляется постепенно, это исключает ее деформацию, поэтому для тонких металлов данный способ является одним из самых подходящих. Для того чтобы работа была проведена качественно, необходимо наладить пламя и отрегулировать подачу газа. Делается это так: вентили кислорода и ацетилена открываются до конца, после чего с помощью спички или зажигалки поджигается горелка. Далее регулируется только вентиль ацетилена, а клапан кислорода при этом все также остается открытым полностью.

3 метода электрической сварки

Неотъемлемой частью процесса сварки является присадочный стержень, электрод и газовая среда, которая оказывает влияние на то, каким прочным будет сварочный шов. Однако нужно отметить, что в зависимости от ситуации элементы могут быть разными. К примеру, вместо плавящегося электрода используется неплавящийся, пруток делается из различных материалов, а газы, которые подаются в зону плавления, имеют разную химическую природу. Другими словами, способов электродуговой сварки бывает большое количество, когда металлические изделия сначала расплавляются под воздействием электрического тока большой силы, а потом соединяются.

Сварка с использованием плавящегося электрода в обмазке является довольно простым в технологическом плане процессом. Именно поэтому с нее начинают многие сварщики, которые только приступили к освоению профессии. Кроме того, этот вид сварки является весьма приемлемым по цене.

Простота данного процесса обусловлена тем, что для его выполнения достаточно подобрать силу тока и электрод. Металл под воздействием электрической дуги начинает плавиться, а защиту этого места от преждевременного окисления от содержащегося в воздухе кислорода обеспечивает газовая среда, которая в свою очередь образуется от сгорания покрывающего электрод флюса.

С помощью сварки плавящимся электродом в обмазке (ММА) можно осуществлять довольно много различных видов работ, однако нужно обладать определенными навыками. Ее используют для соединения металлов, причем они могут быть даже неочищенными от загрязнений и окислов. В данном случае самое главное – выбрать правильно электрод. Что касается тока, то для создания дуги подойдет как постоянный, так и переменный.

Если говорить о минусах, то в первую очередь стоит отметить сложность управления данным процессом. От работника требуется немало усилий, чтобы соединение деталей получилось качественным, поскольку во время сварки образуется немало искр, которые забивают шов, в результате прочность его становится ниже. Еще одним недостатком сварки плавящимся электродом является то, что ее нельзя использовать для скрепления массивных, слишком толстых деталей, листового металла и изделий из алюминия.

Этот процесс является более сложным в технологическом плане, чем предыдущий, поскольку сварщик должен выбрать не только электрод и силу тока, но также тип защитного газа и скорость подачи присадочного прутка. В работе используется газ из баллонов высокого давления. Нужно сказать, что именно это и делает сварку MIG более дорогой. Если говорить о защитном газе, то он представляет собой смесь из диоксида углерода и аргона, соединенных в пропорции 25:75. Плавящийся электрод представляет собой намотанную на катушку проволоку.

Изначально может показаться, что одновременно управлять силой тока, газа и подачей проволоки очень сложно, однако по мере накопления опыта специалист может производить сварку MIG даже быстрее, чем с MMА, и швы получаются очень качественными.

Нужно сказать, что сварщики, которые только начинают работать по профессии, очень быстро осваивают полуавтоматические инверторы MIG, а все благодаря тому, что во время процесса сварки практически нет дыма, отсутствуют брызги расплавленного металла, следовательно, нет и шлака в сварном шве. Таким образом, по качеству результата и трудовым затратам он оказывается значительно проще ММА.

Благодаря удобной подаче проволоки из пистолета сварка осуществляется значительно быстрее. Этот тип соединения рекомендуется использовать для тонких листов металла, однако, в отличие от ММА, он требует хорошего очищения поверхности перед процессом. Хотя если постараться и произвести очистку деталей при работе с плавящимся электродом, то качество шва будет ничуть не хуже.

Если говорить о недостатках, то главным из них является сложность работы на свежем воздухе, поскольку из-за выдувания ветром защитной атмосферы шов получается не таким качественным. В таких случаях используется специальная сварочная проволока с сердечником из флюса, которая практически ничем не отличается от плавящегося электрода в обмазке. Он позволяет полностью отказаться от газовых баллонов.

Этот вид сварки является более сложным и дорогим, чем ММА и MIG, поскольку предполагает соблюдение гораздо большего количества условий, а также использующихся элементов. С его помощью можно соединять практически все виды металлов, включая алюминий. Сварка TIG является оптимальным вариантом для кузовных работ, соединения элементов художественной ковки, а также в тех случаях, когда необходимо, чтобы шов был практически незаметен. Если же вы являетесь поклонником стиля дизельпанк, то результат работы для вас будет очень даже эстетичным.

Для сварки TIG используется и переменный, и постоянный ток без сгорания электрода, поскольку благодаря наличию в составе сплава вольфрама он становится жаропрочным. Из-за того, что его размер уже не меняется, сварщику гораздо проще осуществлять контроль за положением руки. Для регулировки силы тока используется ножная педаль, в результате чего от работника требуется повышенный контроль координации движений для осуществления технологического процесса.

Важно! Если вы отлично справляетесь со сваркой ММА, то освоить TIG-инверторы не составит для вас труда!

Благодаря тому, что сварка TIG может производиться при малых значениях силы тока, то даже самые тонкие металлические детали не будут повреждены. Однако в результате этого процесс осуществляется гораздо дольше, к тому же для получения качественного соединения необходимо, чтобы поверхность была идеально чистой. Нужно отметить, что сварка неплавящимся электродом в среде аргона позволяет соединять изделия, изготовленные из алюминия, что очень проблематично сделать с помощью других технологий.

Сравнительная таблица, в которой представлена сварка по технологиям ММА, MIG и TIG:

MIMA

MIG

MIG Flux

TIG

Материал, подходящий для сварки

Углеродистые и нержавеющие стали

Углеродистая сталь, нержавеющая сталь (25 % аргон), алюминий (100 % аргон)

Сварка. Основные виды сварки. Сварка различных металлов с сплавов.

Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения материалов за счёт образования атомной связи. Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии.

На первой стадии необходимо сблизить поверхности свариваемых материалов на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 А). Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются при сжатии даже значительными усилиями. Соединению материалов мешает их твердость, при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно они не были обработаны. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности - окислы, жировые пленки и пр., а также слои абсорбированных примесных атомов. Ввиду указанных причин выполнить условие хорошего контакта в обычных условиях невозможно. Поэтому образование физического контакта между соединяемыми кромками по всей поверхности достигается либо за счёт расплавления материала, либо в результате пластических деформаций, возникающих в результате прикладываемого давления. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате поверхность раздела между деталями исчезает и образуется либо атомная металлическая связи (свариваются металлы), либо ковалентная или ионная связи (при сварке диэлектриков или полупроводников). Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения различают три класса сварки: сварка плавлением, сварка давлением и термомеханическая сварка (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Классификация видов сварки

К сварке плавлением относятся виды сварки, осуществляемой плавлением без приложенного давления. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и «джоулево тепло». В этом случае расплавы соединяемых металлов объединяются в общую сварочную ванну, а при охлаждении происходит кристаллизация расплава в литой сварочный шов.

При термомеханической сварке используется тепловая энергия и давление. Объединение соединяемых частей в монолитное целое осуществляется за счет приложения механических нагрузок, а подогрев заготовок обеспечивает нужную пластичность материала.

К сварке давлением относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. В результате металл деформируется и начинает течь, подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязненный слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала, которые и вступают в химическое взаимодействие.

2. Основные виды сварки

Ручная электродуговая сварка. Электрическая дуговая сварка в настоящее время является важнейшим видом сварки металлов. Источником тепла в данном случае служит электрическая дуга между двумя электродами, одним из которых является свариваемые заготовки. Электрическая дуга является мощным разрядом в газовой среде.

Процесс зажигания дуги состоит из трех стадий: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на 3-5 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание производится с целью разогрева электрода (катода) до температуры интенсивной экзо- эмиссии электронов.

На второй стадии эмитированные электродом электроны ускоряются в электрическом поле и вызывают ионизацию газового промежутка «катод-анод», что приводит к возникновению устойчивого дугового разряда. Электрическая дуга является концентрированным источником тепла с температурой до 6000 оС. Сварочные токи достигают 2-3 кА при напряжении дуги (10-50) В. Наиболее часто применяется дуговая сварка покрытым электродом. Это ручная дуговая сварка электродом, покрытым соответствующим составом, имеющим следующее назначение:

1. Газовая и шлаковая защита расплава от окружающей атмосферы.

2. Легирование материала шва необходимыми элементами.

В состав покрытий входят вещества: шлакообразующие - для защиты расплава оболочкой (окислы, полевые шпаты, мрамор, мел); образующие газы СО2, СН4, ССl4; легирующие - для улучшения свойств шва (феррованадий, феррохром, ферротитан, алюминий и др.); раскислители - для устранения окислов железа (Ti, Mn, Al, Si и др.) Пример реакции раскисления : Fe2O3+Al = Al2O3+Fe.

Рис. 1.26. Ручная сварка покрытым электродом: 1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - флюсовая корочка, 4 - газовая защита, 5 - электрод, 6 - покрытие электрода, 7 - сварная ванна

Рис. 1.26 иллюстрирует сварку покрытым электродом. По указанной выше схеме между деталями (1) и электродом (6) зажигается сварочная дуга. Обмазка (5) при расплавлении защищает сварочный шов от окисления, улучшает его свойства путем легирования. Под действием температуры дуги электрод и материал заготовки плавятся, образуя сварную ванну (7), которая в дальнейшем кристаллизуется в сварной шов (2), сверху последний покрывается флюсовой корочкой (3), предназначенной для защиты шва. Для получения качественного шва сварщик располагает электрод под углом (15-20)0 и перемещает его по мере расплавления вниз для сохранения постоянной длины дуги (3-5) мм и вдоль оси шва для заполнения разделки шва металлом. При этом обычно концом электрода совершают поперечные колебательные движения для получения валиков требуемой ширины.

Автоматическая сварка под флюсом.

Таким образом, автоматическая сварка под слоем флюса отличается от ручной сварки по следующим показателям: стабильное качество шва, производительность в (4-8) раз больше, чем при ручной сварке, толщина слоя флюса - (50-60) мм, сила тока - (1000-1200) А, оптимальная длина дуги поддерживается автоматически, шов состоит на 2/3 из основного металла и на 1/3 дуга горит в газовом пузыре, что обеспечивает отличное качество сварки.

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка является принципиально новым видом процесса соединения металлов, изобретенном и разработанным в ИЭС им. Патона. Свариваемые детали покрываются шлаком, нагреваемом до температуры, превышающей температуру плавления основного металла и электродной проволоки.

На первой стадии процесс идет так же, как и при дуговой сварке под флюсом. После образования ванны из жидкого шлака горение дуги прекращается и оплавление кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав. Электрошлаковая сварка позволяет сваривать большие толщи металла за один проход, обеспечивает большую производительность, высокое качество шва.

Рис. 1.27. Схема шлаковой сварки:

1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - расплавленный шлак, 4 - ползуны, 5 - электрод

Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 1.27. Сварку ведут при вертикальном расположении деталей (1), кромки которых так же вертикальны или имеют наклон не более 30 o к вертикали. Между свариваемыми деталями устанавливают небольшой зазор, куда насыпают порошок шлака. В начальный момент зажигается дуга между электродом (5) и металлической планкой, устанавливаемой снизу. Дуга расплавляет флюс, который заполняет пространство между кромками свариваемых деталей и медными формующими ползунами (4), охлаждаемыми водой. Таким образом, из расплавленного флюса возникает шлаковая ванна (3), после чего дуга шунтируется расплавленным шлаком и гаснет. В этот момент электродуговая плавка переходит в электрошлаковый процесс. При прохождении тока через расплавленный шлак выделяется джоулево тепло. Шлаковая ванна нагревается до температур (1600-1700) 0С, превышающих температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет кромки свариваемых деталей и погруженный в шлаковую ванну электрод. Расплавленный металл стекает на дно шлаковой ванны, где и образует сварочную ванну. Шлаковая ванна надежно защищает сварочную ванну от окружающей атмосферы. После удаления источника тепла, металл сварочной ванны кристаллизуется. Сформированный шов покрыт шлаковой коркой, толщина которой достигает 2 мм.

Повышению качества шва при электрошлаковой сварке способствует ряд процессов. В заключение отметим основные преимущества электрошлаковой сварки.

- Газовые пузыри, шлак и легкие примеси удаляются из зоны сварки по причине вертикального расположения сварного устройства.

- Большая плотность сварного шва.

- Сварной шов менее подвержен трещинообразованию.

- Производительность электрошлаковой сварки при больших толщинах материалов почти в 20 раз превышает аналогичный показатель автоматической сварки под флюсом.

- Можно получать швы сложной конфигурации.

- Этот вид сварки наиболее эффективен при соединении крупногабаритных деталей типа корпусов кораблей, мостов, прокатных станов и пр.

Электронно-лучевая сварка.

Источником тепла является мощный пучок электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Быстрые электроны, внедряясь в заготовку, передают свою энергию электронам и атомам вещества, вызывая интенсивный разогрев свариваемого материала до температуры плавления. Процесс сварки осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокое качество шва. Ввиду того что электронный луч можно сфокусировать до очень малых размеров (менее микрона в диаметре), данная технология является монопольной при сварке микродеталей.

Плазменная сварка.

При плазменной сварке источником энергии для нагрева материала служит плазма - ионизованный газ. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей. В электрическом поле электроны и ионы ускоряются, то есть увеличивают свою энергию, а это эквивалентно нагреванию плазмы вплоть до 20-30 тыс. градусов. Для сварки используются дуговые и высокочастотные плазмотроны (см. рис. 1.17 - 1.19). Для сварки металлов, как правило используют плазмотроны прямого действия, а для сварки диэлектриков и полупроводников применяются плазмотроны косвенного действия. Высокочастотные плазмотроны (рис. 1.19) так же применяются для сварки. В камере плазмотрона газ разогревается вихревыми токами, создаваемыми высокочастотными токами индуктора. Здесь нет электродов, поэтому плазма отличается высокой чистотой. Факел такой плазмы может эффективно использоваться в сварочном производстве.

Диффузионная сварка.

Способ основан на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов при высоком вакууме. Высокая диффузионная способность атомов обеспечивается нагревом материала до температуры, близкой к температуре плавления. Отсутствие воздуха в камере предотвращает образование оксидной пленки, которая смогла бы препятствовать диффузии. Надежный контакт между свариваемыми поверхностями обеспечивается механической обработкой до высокого класса чистоты. Сжимающее усилие, необходимое для увеличения площади действительного контакта, составляет (10-20) МПа.

Технология диффузионной сварки состоит в следующем. Свариваемые заготовки помещают в вакуумную камеру и сдавливают небольшим усилием. Затем заготовки нагревают током и выдерживают некоторое время при заданной температуре. Диффузионную сварку применяют для соединения плохо совместимых материалов: сталь с чугуном, титаном, вольфрамом, керамикой и др.

Контактная электрическая сварка.

При электрической контактной сварке, или сварке сопротивлением, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением. Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве. По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

Стыковая контактная сварка.

Это вид контактной сварки, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Детали зажимают в электродах-губках, затем прижимают друг к другу соединяемыми поверхностями и пропускают сварочный ток. Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и др. детали по всей площади их торцов. Существует два способа стыковой сварки:

- Оплавлением: детали соприкасаются в начале по отдельным небольшим контактным точкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными плёнками выдавливается из стыка.

Читайте также: