что такое сварка кратко
Что такое сварка и ее виды
В промышленности и строительстве, а также при ремонте сварка получила широкое распространение. В чем заключается суть процесса, какая принята классификация и каковы основные характеристики каждого класса вы узнаете из этой статьи.
1. Определение процесса сварки
Для стыковки деталей в промышленности и строительстве используют различные технологии. Лидерскую позицию удерживает сварка. Она широко используется в машиностроении и других отраслях промышленности, при проведении строительных и ремонтных работ. Такую популярность можно объяснить высокой надежностью конструкций, получаемых в результате, и их прочностью. Технология экономически выгодна, отличается высокой производительностью.
Сварка — это технологический процесс, в результате которого образуются неразъемные соединения материалов. Иногда понятие ошибочно относят только к технологии соединения металлических элементов. На деле же разнообразные виды сварки позволяют надежно скрепить не только металл, но и стекло, графит, керамику, пластик. Соединение происходит под воздействием температуры на межатомном уровне, в результате деформирования, либо при сочетании двух способов.
На физическом уровне при сварке атомы и молекулы соединяемых поверхностей образуют прочные связи. Чтобы такие соединения возникли, необходимо соблюдать некоторые условия:
В процессе остывания происходит образование сварочного шва на стыке.
2. Классификация видов сварки
Существующие виды сварки можно поделить на три класса. Эти большие группы выделяют на основании таких различий:
Способ воздействия на детали — это главный критерий, который позволяет выделить следующие три вида этого процесса:
В каждый из перечисленных классов входит несколько видов сварочного процесса. Основной критерий для разделения — это источник энергии, которая воздействует на свариваемые поверхности.
3. Термический класс сварки
Приведенные ниже способы сварки связаны с образованием сварочной ванны в ходе процесса. Ее образование происходит при участии двух металлов: основного и присадочного. Присадочным металлом при термической сварке может выступать металлический пруток, электрод. Источником тепла — сварочная дуга, пламя горючего газа, сконцентрированный поток лучей, термит. Используемый источник тепла определяет, к какому виду относится конкретный способ соединения деталей.
3.1 Дуговая
Дуговая сварка наиболее распространена. Для нее не нужны специальные приспособления или инструменты. Для дуговой сварки необходим мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов. Во время зажигания дуги происходит ионизация дугового промежутка, которая поддерживается на протяжении всего горения.
Зажигание дуги — это процесс, происходящий в три этапа:
Данный вид сварки разделяется на три подгруппы исходя из метода соединения деталей:
Материал, число электродов, а также способ их включения в цепь электротока формируют еще одну классификацию дугового вида сварки на несколько подвидов:
3.2 Газовая
При газовой сварке источником тепла выступает пламя. Это делает данный способ пригодным для использования в полевых условиях и местах, где нет доступа к электричеству, так как питание от электросети не требуется. Еще одно характерное отличие газовой сварки от дуговой — нагрев и остывание свариваемых поверхностей происходят достаточно медленно и плавно. Поэтому технология подходит для соединения тонкостенной стали, цветных металлов, а также для проведения наплавки.
Данный вид предполагает расплавление металла под воздействием пламени, которое образуется в результате горения смеси горючих газов с кислородом. Обычно используют ацетилен или пропан, реже — пары бензина или керосин. Плавление присадочного металла участвует в формировании шва на стыке элементов, соединенных сваркой.
3.3 Лучевая
Области применения лучевого вида сварки — радиодетали, электронные схемы и другие микродетали. Сам процесс происходит под воздействием светового луча. В отличие от других видов сварки, этот должен происходить в специальной камере с вакуумной средой. В противном случае луч будет рассеиваться из-за плотности воздуха.
Способность соединять микро-детали — это отличительное преимущество такого способа, чего нельзя достичь при применении любого другого. Технология широко применяется в радиоэлектронной отрасли.
Лазерную сварку отличают швы высокой точности. В то же время нагревание поверхностей минимально, поэтому даже тонкий материал в результате соединения не деформируется. Такой способ позволяет направлять энергию с помощью призмы в труднодоступные места, которые не получилось бы соединить, применяя другие виды соединений.
Источником энергии может выступать не только световой луч, но и поток электронов из электронной пушки.
3.4 Термитная
Термит, который используют при данном виде соединения деталей, представляет собой специальную смесь для расплавления металла. В ее состав входят алюминий, магний, металлическая окалина. Смесь в виде порошка засыпают в жаропрочную емкость и разжигают с помощью электрической дуги, пропастрона или специального шнура. Тепло, которое выделяется при горении термита, плавит кромки деталей. Расплавленная деталь, смешиваясь с металлом свариваемых деталей, образует неразъемное соединение — происходит сварка.
Соединение, которое получается в результате, отличается высокой прочностью. Этим объясняется востребованность и популярность данного вида сварки в работе с крупногабаритными изделиями. В частности, способ применяется для стыковки труб, рельсов, а также для наплавки крупногабаритных изделий.
3.5 Электрошлаковая
Ни один другой из приведенных видов не подходит для соединения толстых металлических деталей толщиной от 5 см до 3 метров лучше, чем электрошлаковый. При такой сварке вертикально установленные заготовки с двух сторон закрывают с помощью подвижных ползунов из меди с водяным охлаждением. На поддон насыпают слой флюса, который служит источником тепла, а под ним зажигают дугу. Расплавленный флюс становится токопроводящим, он хорошо плавит кромки основного металла и присадочную проволоку.
Сварку такого типа применяют для работы со всеми видами стали, чугуна, некоторыми цветными металлами. Промышленное значение электрошлакового способа очень велико, благодаря экономической выгоде. Чем больше площадь поверхности, которая поддается сварке, тем рациональнее его использование.
4. Термомеханический класс сварки
Термомеханические или комбинированные виды сварочного соединения применяются тогда, когда другим способом невозможно создать ровный шов. Чаще всего таким образом требуется соединить небольшие элементы. В этом классе различают три вида сварки:
Каждый из них предполагает комбинацию теплового и механического воздействия на соединяемые детали.
4.1. Кузнечная
Соединение железных заготовок при помощи молота и наковальни было известно задолго до возникновения современных видов сварки.
Качество соединения напрямую зависит от мастерства кузнеца, а также от того, насколько хорошо поверхности были очищены от налета перед началом работы. Мастер, производящий сварку данным способом, нагревает заготовки в горне и соединяет их ударами молота, положив друг на друга.
Соединить таким образом получится только пластичные металлы. Невысокая производительность и недостаточная надежность привели к низкой востребованности кузнечного вида сварки. Иногда используется механизированный подвид: когда нагретые заготовки сдавливает пресс. Описанный способ называют прессовой сваркой.
4.2 Контактная
Сварное соединение формируется в процессе пластической деформации. Контактная сварка названа так потому что нагрев происходит благодаря прилеганию поверхности иглы к изделию. В точках контакта выделяется максимальное количество теплоты, которое способствует достижению термопластичного состояния или плавления. Дальнейшее сдавливание провоцирует образование новых точек контакта. Это, в свою очередь, способствует сближению поверхностей на межатомные расстояния, то есть, сварке.
Существуют различные классификации данного процесса по типу сварного соединения, виду сварочной машины, роду питающего трансформатор тока. По типу сварочного соединения выделяют несколько видов для решения разных задач:
Контактной сваркой можно легко соединить мелкие детали. Она высокопроизводительная, легко автоматизируется. По этой причине такую сварку используют в машиностроении в составе роботизированных комплексов.
4.3 Диффузионная
Технология базируется на диффузии, то есть взаимном проникновении атомов соединяемых материалов при плотном прижатии друг к другу. Сварку проводят в вакуумной среде или среде инертного газа. В начале процесса детали помещают в специальную камеру, где их закрепляют и начинают передавать усилие. Под воздействием электрического тока происходит нагревание поверхностных слоев металла до близких к плавлению температур. Этому виду соединения металлов способствует высокая диффузионная способность атомов. Более надежное скрепление деталей можно обеспечить, если оставить их на некоторое время под воздействием тока.
Сварку этого типа применяют при плохо контрастирующих материалах. Распространение этого способа не настолько широкое, как у других в группе.
5. Механический класс сварки
5.1 Трение
Суть процесса: вращение и давление оказываются на свариваемые металлические элементы. Технология сварки трением считается перспективной разработкой. В процессе могут вращаться как обе заготовки, так и одна из них, в то время как другая неподвижно закреплена.
В зависимости от особенностей технологии различают такую сварку:
Во всех случаях сила трения разогревает металл до температуры плавления, что делает возможной сварку деталей.
Основные преимущества данного способа заключаются в его высоком качестве и прочности полученной конструкции, небольшом энергопотреблении в сравнении с другими методами. Сварку таким способом можно применять для соединения металлов с разной температурой плавления. Процесс хорошо поддается автоматизации и широко используется в промышленных целях. Чаще всего такую сварку применяют при работе со стержневыми конструкциями и трубами небольшого диаметра.
5.2 Холодная
Применение этого способа сварки предполагает соединение деталей давлением. Неразъемное крепление образуется, когда элементы деформируются и вдавливаются друг в друга. Стыковка деталей становится возможна благодаря межатомным связям.
Холодную сварку делят на три категории:
Технологию применяют для соединения шин, труб или проволоки. Для получения качественного и прочного соединения холодной сваркой необходимо тщательно подготовить место стыка. Результат также зависит от степени сжатия и характера воздействия — вибрационного или статичного.
5.3 Взрывом
Детальная методика данного способа сварки до сих пор не разработана, он считается одним из самых редких.
Процесс сварки взрывом начинается с установки привариваемой заготовки над основным металлом. Затем на привариваемую часть устанавливают детонатор. В качестве взрывных веществ чаще всего используют состав гранулотола, аммонита, гексогена.
После взрыва ударная волна на большой скорости направляет подвижную деталь — она ударяется о нижнюю пластину. Давление в месте контакта значительно превосходит прочность металлов, при котором они переходят в жидкое состояние. За доли секунды происходит молекулярное соединение двух металлических деталей с общей кристаллической решеткой. То есть, прочную сварку обеспечивает синхронная пластическая деформация двух элементов. При этом диффузия происходит только в верхних слоях металла за счет низкой продолжительности процесса.
Сварку взрывом используют в промышленных целях для соединения разнородных металлов. С ее помощью изготавливают крупногабаритные заготовки и детали, в том числе биметаллические, а также наносят износостойкий слой толщиной до 45 мм на металлические заготовки.
5.4 Ультразвуковая
Ультразвуковой сваркой называют соединение деталей при помощи ультразвуковых волн. Они создают колебания, которые сближают атомы свариваемых заготовок на расстояние, позволяющее им соединиться в общую структуру. Высокое качество соединений делает ультразвуковую сварку достаточно востребованной, несмотря на высокую стоимость оборудования, в производстве электросхем маленьких размеров, соединении металлов с неметаллами. Сварку можно применять точечно, контурно или шовно.
Перед проведением ультразвукового соединения деталей не нужно предварительно очищать поверхности, что экономит время. При сварке элементов из пластмассы важную роль играет возможность контролировать температурный диапазон во избежание перегрева. Ультразвук нагревает поверхность за доли секунды, не выделяя вредные пары и газы.
Череповецкий завод металлоконструкций имеет многолетний опыт изготовления мостовых конструкций, навесов, настилов, гидротехнических сооружений и других металлоконструкций. Сварка и сборка происходит с соблюдением технологий и стандартов качества. Наши клиенты получают продукцию в оговоренный срок и по выгодным ценам.
Виды сварки металлов и их краткая характеристика
Технологические составляющие сварочного процесса были известны еще в 17 веке. Тогда они были представлены литьем и кузнечным делом. «Осовременивание» началось после открытия такого явления как электрическая дуга. Дополнительный толчок развитие сварочного дела получило с изобретением порошкового покрытия для электродов. А вот основной скачок выпал на конец 20-го века, когда стали доступны лазерные, ультразвуковые и плазменные технологии. Внедрение электроники позволило автоматизировать сварочный процесс, увеличить точность выполнения работ и производительность.
В настоящее время разделяется три вида сварки, которые отличаются между собой используемым для выполнения работ типом энергии:
Термическая сварка
Для выполнения сварочных работ потребуется тепло. Под воздействием высоких температур стыки соединяемых заготовок оплавляются и, остывая, скрепляются между собой, а впоследствии кристаллизируются. В качестве источника тепла служит пламя газовой горелки, электрическая дуга или поток плазмы.
Электродуговая контактная сварка
Наибольшее распространение получили именно аппараты электродуговой сварки. Для нагрева и плавки металла задействуется электрическая дуга, которая представляет собой разряд между катодом и анодом. При этом освобождается тепловая энергия большой мощности. Воздействуя на металлическую заготовку, она приводит к ее плавлению с последующим образованием сварочной ванны.
После угасания дуги немедленно начинается остывание и кристаллизация расплава. В результате образуется соединение по составу и прочности сопоставимое с металлами, которые сваривались. Существует несколько видов электродуговой сварки.
ММА – ручная дуговая сварка
Используется со штучными электродами, представляющими собой металлический стержень с обмазкой. Процесс протекает под воздействием постоянного или переменного тока. Покрытие расходников плавится, выделяя газы, которые образуют облако для защиты свариваемого металла от окисления. Помимо этого, в обмазку включаются разные химические соединения, которые служат в качестве добавки в сварочную ванну для изменения свойств сварочного шва и поддержки стабильного горения электрической дуги.
Аппараты – инвертеры, выпрямители, трансформаторы – позволяют выполнять работы в любом пространственном положении. Если подобрать расходные материалы правильно, то можно сваривать любые металлы: черные, цветные, легированные и т.п. Важно подчеркнуть, что держатели могут проникать в труднодоступные места, где использование другого вида сварки невозможно.
Сварка ММА подходит и для профессионалов, и для новичков. Она широко используется в строительстве, монтаже металлоконструкций, в разных отраслях тяжелой промышленности, в частном предпринимательстве. Она необходима для небольшой мастерской по изготовлению металлоконструкций, станции технического обслуживания автомобилей, большого машиностроительного завода. Она незаменима в хозяйстве, когда требуется сконструировать что-то из металла самостоятельно или отремонтировать прохудившийся металлический каркас.
Аргоновая сварка TIG
Применяются электроды вольфрамовые, неплавящиеся, графитовые, угольные. В качестве инертного газа используется аргон, азот, гелий или смесь из этих газов в зависимости от соединяемых металлов. Процесс характерен тем, что сварной шов состоит исключительно из металлов заготовок. Добавляется только присадка – металлический пруток или полоса, по своему составу идентична свариваемым металлам. Инертные газы необходимы для защиты рабочей зоны от атмосферного воздуха, чтобы исключить окисление металла и обеспечить стабильность горения электрической дуги.
В процессе выполнения сварочных работ используется переменный или постоянный ток. Сравнительно низкая производительность компенсируется за счет высокого качества сварного соединения. Процесс характеризуется высокой трудоемкостью и требует от специалиста большого практического опыта. Использование TIG оправдано в случаях, когда требуется наложить ответственный шов, который должен выдержать высокие нагрузки, или в случаях, когда большое внимание уделяется эстетической стороне вопроса.
Аргоновая сварка востребована для герметизации нефте- и газопроводов, резервуаров для пищевой промышленности, посуды; при изготовлении сосудов высокого давления или микросхем. Она незаменима для соединения тонкостенных заготовок и листовых материалов. Сварка позволяет работать с большим перечнем металлов: нержавеющая, углеродистая, легированная сталь; магний, титан, медь.
MAG –сварка полуавтоматом
В качестве присадочного материала используется проволока, которая подобно электроду плавится под воздействием высокой температуры. Проволока поступает в рабочую зону через горелку, куда параллельно подается инертный или активный газ. Состав защитного газа напрямую зависит от типа свариваемого металла. Работает исключительно с постоянным электрическим током. Во время применения активных газов образуется много брызг, а шов получается неаккуратным. Но это с лихвой компенсируется высокой производительностью установки.
Такого рода оборудование пользуется большой популярностью среди профессионалов и большой аудитории любителей. Отчасти из-за автоматической подачи расходного материала в зону сварки и возможности электронной регулировки настроек. Технология особенно популярна в европейских и североамериканских специалистов. Полуавтоматы сваривают широкий спектр металлов: сталь низколегированную и высоколегированную, большинство марок чугуна; марганец, медь, алюминий, никель, а также их сплавы. Оборудование позволяет выполнять самые сложные разнотипные соединения.
Сварка под флюсом
При сваривании металлических заготовок применяются разные флюсовые порошки. Они необходимы для того, чтобы обеспечить рабочую область защитным газом, который выделяется в процессе плавления. Благодаря наличию флюса не только защищается расплав, но и поддерживается стабильное горение электрической дуги. Подбором флюса специалисты добиваются нужных характеристик сварного шва.
Метод активно используется в промышленном производстве и характеризуется полной автоматизацией: от подачи флюса в зону горения до перемещения оборудования вдоль стыка. Технология применяется в процессе изготовления корпусов морских судов, фюзеляжей самолетов, локомотивов и вагонов, башенных кранов, модулей спутников и множества иного оборудования. На выходе получается очень качественный сварной шов, который легко выдержит самые сложные условия эксплуатации, включая экстремальные температуры и огромное давление.
Газоплазменная
В этом случае металл заготовок плавится под воздействием температуры открытого пламени. Оно образуется в результате горения кислорода с горючими газами – водородом, пропаном, бутаном, ацетиленом и другими. Самой эффективной считается МАФ – метилацетиленовая фракция. Она отличается высокой температурой пламени (2927 градусов) в кислороде и, соответственно, более высокой теплоотдачей. Соединение кислорода и МАФ уступает по токсичности дициану (температура горения 4500 градусов) и менее взрывоопасно по сравнению с ацетилендинитрилом (температура горения 5000 градусов).
Открытое пламя в качестве источника тепла для сварки имеет важное преимущество: оно независимо от энергоснабжения. Поэтому технология широко применяется в «полевых» условиях. Еще одно достоинство заключается в постепенном нагревании металла, что практично при работе с листовыми материалами. Метод непригоден для промышленного использования из-за невозможности автоматизации и низкой производительности. Для работы с такой сваркой от оператора требуется большой стаж сварочных работ.
Электрошлаковая
Кромки деталей плавятся за счет нагрева шлака от расплавленного под воздействием электроэнергии флюса, который предварительно насыпается между свариваемыми элементами. Во время процесса применяется проволока или присадочный пруток. Технология востребована для соединения деталей из чугуна, реже – для сварки цветных металлов.
Данный тип сварки востребован в промышленности для соединения крупногабаритных деталей с толстыми стенками (40-500 мм): роторные и турбинные валы, опоры, паровые котлы и т.д. Экономическая выгода от такого метода сварки тем выше, чем больше площадь свариваемой поверхности.
Плазменная
Плавит и соединяет кромки струя плазмы, которая генерируется в плазмотроне или между поверхностью заготовок и электродом. Метод отличается большой глубиной обработки деталей и высокой точностью сваривания. Она востребована для соединения как мелких и тонкостенных элементов электротехнических конструкций, так и крупных блоков для тяжелой промышленности. Плазма эффективно воздействует на все без исключения виды металлов.
Помимо рассмотренных к термическим видам сварки относится:
Термомеханический класс сварки
Контактная сварка: метод характеризуется одновременным нагревом кромок соединяемых заготовок и их деформированием под давлением. Точечная сварка: выполняется при помощи специальных аппаратов или малогабаритными клещами. Обе детали закрепляются между анодом и катодом, через которые пропускается ток. В результате заготовки разогреваются в конкретном месте. После разогрева подача тока прекращается и усиливается давление электродов в месте температурного воздействия. Локальный расплав постепенно кристаллизуется и в результате получается прочное точечное соединение.
Точечная сварка может быть:
К недостаткам сварки специалисты относят то, что сваривание заготовок возможно только внахлест. Характеризуется высокой производительностью и возможностью автоматизации.
Точечная сварка широко применяется в автомобилестроении: конвейеры по всему миру используют именно данный тип соединения кузовных элементов. Клещи для точечной сварки отличаются компактностью и мобильностью. Они применяются в мелких мастерских и в домашних условиях. Однако они востребованы и на крупных СТО для выполнения разного рода кузовных работ.
К термомеханическому типу относятся также рельефная и стыковая сварки. Все остальные виды термомеханической сварки не стали популярными и не получили широкого распространения. Это:
Определив особенности сварочного процесса, специалист легко сможет выбрать подходящий сварочный аппарат с учетом его технических показателей. Большинство сварочных процессов легко автоматизируются, дают возможность сформировать надежный и эстетичный сварочный шов, характеризуются невысокой себестоимостью и небольшими временными издержками.