Сварочные процессы делят на следующие классы

Обновлено: 18.04.2024

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения двух или более деталей из твердых материалов (металлов) путем их местного сплавления или совместного деформирования с нагревом и без нагрева с получением на границе их раздела прочных межатомных связей. Такое сближение достигается расплавлением кромок свариваемых деталей или их совместным пластическим деформированием посредством приложения давления. Таким образом, все виды сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка давлением.

При сварке плавлением кромки свариваемых деталей и присадочный материал расплавляются теплотой сварочной дуги или газовым пламенем, образуя так называемую сварочную ванну. При кристаллизации металла сварочной ванны рост кристаллов начинается с оплавленных кристаллов основного металла, металлическая связь обеспечивается образованием общих зерен сварного шва с основным металлом. При сварке давлением совместная направленная пластическая деформация свариваемых металлов способствует соприкосновению и перемешиванию их атомов и образованию межатомной связи. При некоторых видах сварки процесс получения металлической связи сопровождается нагревом свариваемых деталей до пластического состояния или до оплавления свариваемых поверхностей.

Согласно ГОСТ 19521-74 сварка металлов классифицируется по физическим, техническим и технологическим признакам.

Классификация видов сварки металлов по физическим признакам. В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, различают три класса сварочных процессов: термический, термомеханический и механический. Вид сварки объединяет сварочные процессы по виду источника энергии, непосредственно используемого для образования сварного соединения.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии, а именно: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная.

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления, а именно: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая и печная.

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления, а именно: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитоимпульсная.

Классификация видов сварки металлов по техническим признакам. К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень механизации сварки.

По способу защиты металла различают сварку в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене и с комбинированной защитой. В качестве защитного газа могут применяться активные газы (углекислый, азот, водород, водяной пар и смесь активных газов), инертные газы (аргон, гелий и смесь аргона с гелием), а также смесь инертных и активных газов. Защита расплавленного металла в зоне сварки может быть струйной или в контролируемой атмосфере. Струйная защита газом расплавленного металла, осуществляемая только со стороны сварочной дуги, называется односторонней, защита со стороны сварочной дуги и корня шва - двусторонней.

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

Классификация видов сварки металлов по технологическим признакам. По технологическим признакам сварка подразделяется на дуговую, электрошлаковую, электроннолучевую, плазменно-лучевую, световую, газовую, контактную, диффузионную, печную, холодную и ультразвуковую.

2. Классификация углеродистых сталей по свариваемости

О свариваемости стали известного химического состава судят по эквивалентному содержанию углерода.

По свариваемости стали подразделяются на четыре группы: первая группа- хорошо сваривающиеся, вторая- удовлетворительно, третья - ограниченно, четвертая - плохосваривающиеся.

К первой группе относятся стали, у которых С_ЭКв не более 0,25%. Эти стали при обычных способах сварки не дают трещин. Сварка этих сталей ведется без подогрева и после сварки не требуется последующей термообработки, получаются сварные соединения высокого качества.

Ко второй группе относятся стали, у которых С_экв находится в пределах 0,2-0,35%. Для получения сварных соединений с хорошим качеством требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки свариваемых кромок и нормальные температурные условия, а в некоторых случаях предварительный подогрев до 100- 150° С с последующей термообработкой.

К третьей группе относятся стали, у которых С_экв в пределах 0,35-0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин. Сварка этих сталей ведется с предварительным подогревом до 250-400° С с последующим отпуском.

К четвертой группе сталей относятся стали, у которых Сэкв более 0,45%. Такие стали трудно поддаются сварке и склонны к образованию трещин. Сварка этих сталей должна выполняться с предварительным подогревом и последующей термообработкой.

3. Назначение и виды термической обработки сварных соединений.

III. Классификация сварки по технологическим признакам.

1. В зависимости от агрегатного состояния вещества в зоне сваркиразличают:

1.1. Сварка плавлением - сварка, осуществляемая оплавлением сопрягаемых поверхностей без приложения внешней силы, при которой обычно, но не обязательно, добавляется расплавленный присадочный металл. Выполняется при температурах равных, или выше температуры плавления свариваемого металла. Сопровождается расплавлением свариваемых поверхностей.

1.2. Сварка давлением - сварка, осуществляемая приложением внешней силы и сопровождаемая пластическим деформированием сопрягаемых поверхностей, обычно без присадочного металла. Выполняется без нагрева или с нагревом до температур ниже температуры плавления свариваемого металла.

Без нагрева свариваются высокопластичные металлы (например: Cu; Al; Pb). Материалы, имеющие пониженную пластичность (например, сталь) нагреваются, с целью повышения пластичности, до температур термопластичного состояния (1000-1200° С).

2. В зависимости от формы дополнительной энергииопределяетсякласссварки.

В зависимости от формы вводимой дополнительной энергии (энергии активации), используемой для образования сварного соединения, сварочные процессы делятся на 3 класса:

2.1. Термический класс - дополнительная энергия вводится в виде теплоты.

К этому классу относится сварка плавлением.

2.2. Термомеханический класс - дополнительная энергия вводится в виде теплоты и упруго-пластической деформации.

2.3. Механический класс - дополнительная энергия вводится только в виде упруго-пластических деформаций.

К термомеханическому и механическому классам относится сварка давлением.

3. В зависимости от энергоносителяопределяетсявид сварки.

Энергоноситель -физическое явление, при котором образуется необходимая для сварки энергия в результате передачи или в результате превращения внутри детали(ей).

В зависимости от используемого при сварке энергоносителя различают следующие виды сварки: 3.1. Энергоноситель - электрическая дуга.

Дуговая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой.

К этим видам сварки относятся: ручная дуговая сварка плавящимся покрытым электродом, дуговая сварка под флюсом, дуговая сварка в защитном газе плавящимся и неплавящимся электродом, дуговая сварка самозащитной порошковой проволокой, плазменная сварка.

Энергоноситель – газ

Газовая сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется теплота горения горючего газа или смеси горючих газов и кислорода.

К этим видам сварки относится, например, ацетиленокислородная сварка, газопрессовая сварка.

Энергоноситель – излучение

К этим видам сварки относятся: лазерная сварка, электронно-лучевая сварка.

Энергоноситель - электрический ток

Электрошлаковая сварка - сварка плавлением, при которой используют теплоту, выделяющуюся в вылете плавящегося электрода или электродов и в токопроводящей шлаковой ванне при прохождении тока. При этом металлическая ванна и шлаковая ванна удерживаются охлаждаемыми ползунами, перемещающимися вверх по мере выполнения шва

Контактная сварка - сварка давлением, при которой нагрев, необходимый для сварки, создается электрическим током, проходящим через зону сварки.

Зона сварки - зона детали или деталей, где сварка выполняется или выполнена.

К этим видам сварки относятся: точечная контактная сварка, стыковая контактная сварка, шовная контактная сварка, конденсаторная сварка, высокочастотная контактная сварка, индукционная сварка.

Энергоноситель - движение массы

К этим видам сварки относятся: холодная сварка, ударная сварка(сварка взрывом),сварка трением, ультразвуковая сварка.

Прочие источники энергии

К этим видам сварки относятся: диффузионная сварка, сварка прокаткой

II. Классификация сварки по техническим признакам.

1. В зависимости от способа защиты зоны сварки сварного соединения или всего изделия от влияния атмосферыразличают:

1.1. Без защиты (например: лазерная сварка в воздухе)

1.2. С газошлаковой защитой (например: ручная дуговая сварка плавящимся покрытым электродом, дуговая сварка под флюсом)

1.3. Со шлаковой защитой (например: электрошлаковая сварка)

1.4. С газовой защитой (например: сварка в защитных газах)

1.5. С вакуумной защитой (например: электронно-лучевая сварка)

2. В зависимости от непрерывности процесса сваркиразличают:

Сварка в непрерывном режиме

Сварка в импульсном режиме

Сварка в импульсно-периодическом режиме

3. В зависимости от степени механизации различают:

3.1. Ручная сварка - сварка, при которой электрододержатель, ручной сварочный пистолет или горелка управляются вручную.

3.2. Частично механизированная сварка - ручная сварка, при которой подача проволоки механизирована

3.3. Полностью механизированная сварка - сварка, при которой все главные операции (исключая погрузку-разгрузку деталей) механизированы

Автоматическая сварка - сварка, при которой все операции механизированы

III. Классификация сварки по технологическим признакам.

Технологические признаки классификации устанавливаются для каждого вида сварки отдельно. Например, вид дуговой сварки может быть классифицирован по следующим признакам:

род тока; полярность сварочного тока; вид сварочной дуги; вид электрода; степень механизации.

Таблица 1.1.3.1 − Технические и технологические признаки определяют способ сварки.

Технические и технологические признаки сварки	Признаки способа сварки
Род тока	Постоянный (рис. 1С) Переменный (рис. 1С)
Полярность постоянного сварочного тока	Прямая (рис. 2С) Обратная (рис. 3С)
Вид сварочной дуги	Дуга прямого действия (рис. 5С, а;б). Дуга косвенного действия (рис. 5С, в). Трехфазная дуга (рис. 5С, г).
Вид электрода	Плавящийся электрод (рис. 5С, а) Неплавящийся электрод с использованием присадочного материала (с присадкой) (рис. 5С, б) и без него (без присадки) Покрытый электрод - плавящийся электрод для дуговой сварки, имеющий на поверхности покрытие, адгезионно связанное с металлом электрода . Электродная проволока - сварочная проволока для использования в качестве плавящегося электрода.
Степень механизации	Ручная сварка - сварка, выполняемая вручную Механизированная сварка - сварка, при которой подача плавящегося электрода или присадочного металла, или относительное перемещение дуги и изделия выполняются с помощью механизмов. Автоматическая сварка - сварка, при которой возбуждение дуги, подача плавящегося электрода или присадочного металла и относительное перемещение дуги и изделия осуществляются механизмами без непосредственного участия человека, в том числе и по заданной программе

Сварка на переменном токе и постоянном токе прямой и обратной полярности.

В зависимости от рода токаразличают сварку на переменном токе и сварку на постоянном токе

При сварке на постоянном токе различают сварку на прямой и обратной полярности

Влияние рода тока и полярности на глубину проплавления основного металла (рис. 4С)

При сварке на постоянном токе прямой полярности глубина проплавления hминимальна.

При сварке на постоянном токе обратной полярности глубина проплавления h на 40- 50% больше, чем на постоянном токе прямой полярности. При сварке на переменном токе глубина проплавления h на 15 - 20% меньше, чем при сварке на постоянном токе обратной полярности.

Сварка плавящимся и неплавящимся электродом.

Сварка дугой прямого и косвенного действия, сварка трехфазной дугой.

Рис. 5С Виды сварочной дуги и схемы сварки плавящимся и неплавящимся электродом:

а –дуга прямого действия (сварка плавящимся электродом); б –дуга косвенного действия; в –трехфазная дуга; г – дуга прямого действия (сварка неплавящимся электродом с присадкой); 1 – электрод; 2 – дуга прямого действия; 3 – основной (свариваемый) металл; 4 – дуга косвенного действия; 5 – трехфазная дуга; 6 – присадочный материал (присадка).

Классификация процессов сварки

При классификации процессов сварки целесообразно выделить три основных физических признака: наличие давления, вид вводимой энергии и вид инструмента — носителя энергии. Остальные признаки можно условно отнести к техническим или технологическим (табл. 1.1). Признак классификации по наличию давления применим только к сварке и пайке. По виду вводимой в изделие энергии все сварочные процессы, включая сварку, пайку, резку и др., могут быть разделены на термические, термомеханические и прессово-механические способы.

Термические процессы идут без давления (сварка плавлением), остальные — обычно с давлением (сварка давлением).

Термины «класс», «метод», «вид», «способ» условны, но будут использованы в классификации, они позволяют в дальнейшем

Ступени классификации и порядок расположения процессов

Наличие давления при сварке

Вид энергии, вводимой при сварке

Вид нагрева или механического воздействия (вид инструмента)

Устанавливаются для каждого метода отдельно

Удельная энергия, необходимая для соединения, удельные затраты и т. п.

Устанавливается порядок в расположении методов сварки от механических к термическим процессам по увеличению е

ввести четкую систему типизации процессов сварки. Термин «процесс» используют как независимый от классификационных групп.

Классификация методов сварки по физическим признакам приведена в табл. 1.2. Физические признаки—общие для всех методов сварки. Технические признаки могут быть определены только для отдельных методов сварки.

Энергетический анализ показывает, что все известные в настоящее время процессы сварки металлов осуществляются введением только двух видов энергии — термической и механической или их сочетания. Поэтому в группу особых процессов пока могут быть включены только нейтронная сварка пластмасс и (условно) склеивание, которое практически происходит без введения энергии. Сварка вакуумным схватыванием (не в отдельных точках, а по всему стыку) возможна только при наличии сдавливания, поэтому она также отнесена к механическим процессам, хотя при сварке здесь энергия может даже выделяться, а не вводиться извне.

Сложившийся годами термин «сварка давлением» не совсем точен, так как давление в этих процессах — не единственное внешнее воздействие. Однако он общеупотребителен. Давление необходимо всегда, когда при сварке отсутствует ванна расплавленного металла, и сближение атомов (их активация) дости-

Таблица 1.2. Классификация методов сварки металлов по физическим признакам

Сварка без давления (плавлением)

Индукционная с давле

(дугоконтактная) Печная с давлением

Термитная с давлением

* Рекомендуется дополнительная классификация по техническим и технологическим признакам.

** Промышленного применения метод не иашел.

гается вследствие упругопластической деформации материала поверхностей.

Следует отметить, что и при наличии давления может происходить расплавление металла, например, при термитной сварке с давлением, контактной точечной н шовной сварке с образованием литого ядра, стыковой сварке оплавлением, сварке трением и др.

Весьма желательно, чтобы принцип классификации процессов сварки определялся какими-либо количественными технико-экономическими признаками. Такими признаками могут быть:

значения удельных энергий — сварочной есв или введенной в изделие е„;

удельные затраты на сварку С.

Удельные показатели можно подсчитывать отдельно по каждой группе соединений, свариваемых материалов и т. д. Затраты следует относить к так называемой рабочей площади соединения S, которая в случае сварки встык соответствует продольному сечению шва без выпуклости. Для нахлесточных соединений площадь 5 соответствует сечению меньшего из соединяемых элементов (см. рис. 1.7). Для дуговой сварки в один проход материала толщиной б при токе, напряжении и скорости сварки соответственно I, U, vCB удельная энергия

Расчеты значений удельных энергий есв и є„ показывают, что удельная энергоемкость процесса сварки единицы площади стыка

Сварка трением: в — вращение, о — осадка

Прессовые е нагревом |

Газопрес — Диффузионная в вакууме е ин — совая дукционная нагревом

имеет тенденцию уменьшаться при переходе от термических к механическим процессам (см. рис. 1.9). Значение є„=єсвт]и характеризует также количество переплавленного или разогретого материала на единицу площади шва, а следовательно, объем активной зоны сварного соединения, в которой произошли существенные изменения состояния материала, деформация соединения и т. д. Этот показатель может быть использован наряду с погонной энергией q/v.

Анализ типовых структурных схем передачи энергии при разных сварочных процессах (табл. 1.3) позволяет обосновать предлагаемую выше классификацию. Например, при дуговой сварке электрическая энергия ЭЛ из сети проходит следующий путь:

трансформируется в сварочном трансформаторе или генераторе для получения нужных параметров тока и напряжения;

преобразуется в дуговом разряде в термическую Т, электромагнитную ЭМ, электрическую ЭЛ, энергию плазмы Я;

термическая энергия плазмы Ят= Us —2kT„ и потенциальная энергия электронов (р преобразуются на поверхности анода изделия в термическую энергию расплавленного материала сварочной ванны (здесь Ua — анодное падение напряжения; k — постоянная Больцмана; Тп — температура плазмы столба дуги; (р — работа выхода электронов для анода);

изменяет внутреннюю энергию соединения, расходуясь на образование новых атомных связей, новых структур материала, деформацию и нагрев изделия, и т. д.

Для всех термических процессов сварки, независимо от вида носителя энергия (инструмента), в стык она вводится в конечном итоге всегда через расплавленный материал. Энергия хаотически движущихся частиц расплавленного материала носит в термодинамике название термической, чем обосновано наименование этих процессов.

Теория термических процессов и их применение описаны в гл. 2…3 достаточно подробно. Исключение составляют химические процессы газовой и термитной сварки, индукционная и электрошлаковая сварка, которые рассмотрены в соответствующих технологических курсах.

К термомеханическим процессам относятся процессы, идущие с введением теплоты и механической энергии сил давления при осадке. Теплота может выделяться при протекании электрического тока, газопламенном или индукционном нагреве, введении в зону сварки горячего инструмента и т. п. Сварка может вестись как с плавлением металла (частичным или по всему соедине — нию), так и без плавления. Эти процессы подробно описаны в технологических курсах.

Сокращение затрат энергии благодаря рациональному выбору источника энергии для сварки даже на несколько процентов может дать в масштабах страны существенную экономию энергии, что в свете постоянно растущего дефицита энергии на Земле приобретает с каждым годом все большее значение.

Эффективность использования способов сварки плавлением достигается при минимальной ширине шва, что, в свою очередь, определяется концентрированностью источника теплоты (радиусом пятна нагрева) и теплофизическими особенностями проплавления. Эти особенности учитываются при определении энергозатрат на сварку через термический к. п. д. процесса, а полученные выше минимальные оценки удельной энергии составляют лишь часть общей энергии сварки, или єст = т)иг)/єсв. Учет эффективного и термического к. п. д. процессов может изменить представления о целесообразности применения того или иного способа сварки при прочих условиях. Так, дуговая сварка с высокими значениями эффективного к. п. д. (0,6…0,9) характеризуется низкими значениями термического к. п. д. (0,15…0,25). Лазерная сварка, характеризующаяся высокими значениями термического к. п. д. (0,484), в термодинамическом смысле сопоставима с дуговыми способами, а с учетом получения высоких значений эффективного к. п. д. — более предпочтительна.

Сопоставим удельные энергозатраты на сварку листов низкоуглеродистой стали толщиной 10 мм различными способами (табл. 1.4). Минимальное энергосодержание расплавленной стали составляет около 9000Дж/см3.

Полученные оценки приближенны, так как даже для одного и того же процесса на разных режимах сварки энергозатраты могут различаться в 1,5…2 раза, что определяется параметрами режима и свариваемого сплава. Кроме того, к. п. д. источника теплоты непостоянен ввиду его зависимости от скорости сварки, состояния поверхности и др. Для одного и того же источника энергии, например, при контактной сварке внутреннее сопротивление машины может отличаться в 10 раз и соответственно этому изменяться к. п. д. источника.

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:

Механическую проводят внешним давлением, под действием которого поверхности деформируются, что приводит к плотному соединению.
Термическую выполняют с применением дополнительных материалов, которые расплавляются теплом от источника энергии. Жидкий металл заполняет промежуток между заготовками, после остывания образуется прочное соединение.
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:

Точечную, зажимая детали между электродами. После подачи тока в месте сдавливания образуется точечное соединение.
Стыковую с нагревом всей площади соприкосновения.
Рельефную с предварительным нанесением выступов (рельефов) на соединяемые плоскости. После подачи тока рельефы деформируются, поверхность выравнивается.
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:

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

Читайте также: