Современные сварочные технологии. Источником питания дуги служит электрический ток. Общие понятия о технологии ММА

Как изготовить современные сварочные аппараты своими руками? Очень часто настоящему хозяину в доме требуется произвести какие-либо ремонтные работы, например металлической ограды, подставки для цветов из металла, металлоконструкций в гараже, водопровода. Есть много вещей, для ремонта которых требуется сварка и сварочный аппарат.

Сейчас существует очень много разнообразного оборудования для этих целей, но возникает вопрос: возможно ли собрать ? Это не очень сложно, но потребуются некоторые знания по электричеству и навыки работы с похожими электрическими приборами. Кроме того, это недорого. А на сэкономленные средства можно приобрести другой полезный инструмент.

Инструменты и материалы

Инструменты, которые понадобятся для сборки сварочного аппарата:

• кусачки;
• паяльник;
• дрель;
• напильник;
• молоток;
• набор отверток;
• пассатижи.

Из материалов, которые понадобятся для сборки, получается такой список:

Для сварочного аппарата можно использовать трансформатор от старой СВЧ-печи.

• провод с эмалевой изоляцией Д=8 мм;
• медная трубка Д=14 мм и длиной 4 см;
• медные винты и гайки;
• токоизоляционный лак;
• пластина из текстолита 5х3 см и толщиной 4 мм;
• сверла 7 мм и 12 мм;
• болты М6 в количестве 10-12 шт.;
• шайбы под болты количеством 20-24 шт.;
• гайки под те же болты количеством 20-24 шт.;
• прочная пластиковая емкость для корпуса;
• вытяжные вентиляторы от блока питания компьютера — 2-3 шт.;
• толстый многожильный провод в количестве 4 штук длиной по 50 см;
• труба диаметром 3,5 см и длиной 25 см;
• резиновый шланг или капроновый рукав;
• трансформатор со старой СВЧ-печи.

Сварочный аппарат подключается от тока с напряжением 220 В или 380 В, применяются электроды диаметром 3 или 4 мм. Такие характеристики оборудования дают возможность обработки стальных изделий толщиной 1-25 мм.

Для того чтобы собрать такой сварочный аппарат самому, своими руками, прежде всего необходим трансформатор — сердце аппарата.

Вернуться к оглавлению

Сборка трансформатора

Он должен иметь три фазы, функцию понижения напряжения, а мощность — 1-2 кВт. Также трансформатор должен иметь две разные катушки, на которые намотан медный эмалированный провод. Одна называется первичной, и к ней подключается электричество, а другая — вторичная. Количество витков у них разное, и наматываются они на железный сердечник.

Для этих целей отлично подойдет трансформатор со старой микроволновой печи. Единственным недостатком этого трансформатора является то, что у второй катушки слишком высокое напряжение. Поэтому нужно отмотать несколько витков.

Когда напряжение станет меньше, сила тока увеличится. Дело в том, что, если сила тока будет маленькой, сварка будет идти слабо. А если, наоборот, сила тока очень большая, электроды выйдут из строя и металл испортится.

Затем производится перемотка вторичной обмотки, она должна быть очень плотной, провод должен иметь эмалевую изоляцию и диаметр 8 мм. Такой кабель способен выдерживать большие токи.

Заранее сказать, сколько витков нужно, невозможно. Эти параметры рассчитываются индивидуально для каждого сварочного аппарата.

После каждых тридцати витков нужно делать отводы, всего их должно получиться около десяти штук. Отводы нужно нумеровать, иначе можно перепутать. Для этих выводов изготавливаются клеммы из медной трубки диаметром 14 мм и длиной 4 см.

Для изготовления трубку нужно сплющить молотком и высверлить отверстия диаметром 12 мм. Зачищенный и луженый провод вставляется на другую сторону трубки и обжимается. Стандартные винты и гайки трансформатора требуется заменить на медные. С их помощью закрепляются клеммы от вторичной обмотки. Далее обмотку покрывают с помощью специального токоизоляционного лака.

Для подключения первичной обмотки потребуется пластина из текстолита 5х3 см и толщиной 4 мм. В ней нужно просверлить отверстия от 10 до 12 штук диаметром 7 мм. Затем в них вставляют болты М6, каждый из которых имеет по две шайбы и гайки.

Вернуться к оглавлению

Сборка сварочного аппарата

Корпус сварочного аппарата, изготовленный на заводе, может быть металлическим.

Теперь можно приступать к очередному этапу сборки оборудования — корпусу сварочного аппарата, так как все запчасти нужно куда-то закрепить. Корпус можно сделать из прочной пластиковой емкости. Прикрепляют трансформаторы друг за другом, такая схема приведет к понижению напряжения таким образом, что на выходе сила тока будет равной 50 амперам.

Для проверки можно будет измерить силу тока специальным прибором. После установки трансформаторов на их посадочные места начинают соединять обмотки. Первичные обмотки соединяются между собой параллельным способом, а вторичные — последовательно. В результате этой работы на выходе получается напряжение примерно 38 вольт, а сила тока под нагрузкой — не более 60 ампер.

О чем еще следует подумать, собирая современные сварочные аппараты своими руками? Конечно же, о системе охлаждения, иначе устройство может загореться от перегрева.

Для этого в пластиковом корпусе вырезают отверстия, закрепляют несколько вытяжных вентиляторов, достаточно будет 2-3. Они нужны небольшие, могут даже подойти от блока питания компьютера. Также необходимо сделать отверстия внизу емкости корпуса для того, чтобы была тяга и через внутреннюю полость корпуса поступал воздух.

Современная цивилизация многим обязана процессу сварки. Без сварочных элементов мы не получили бы транспорта, огромных строений, технологических конструкций, мобильных телефонов и пр. Несмотря на то, что этот физический процесс применяется много столетий, он не останавливает своего прогресса. Учёные многих стран продолжают исследовать и совершенствовать сварочные механизмы, применять новые приёмы и производить революционные открытия в этой сфере.

Новые технологии позволяют добиться более совершенного результата с использованием минимальных ресурсов. Разработки, появляющиеся ежегодно, делают возможным сварку тех материалов, которые раньше оставались за границами данной технологии.

Основные инновационные направления

Все разработки в данной области направлены на то, чтобы улучшить основные показатели процесса с наименьшими затратами:

• снижение коррозии и коробления металлов во время эксплуатации;
• повышение скорости выполнения сварочного процесса;
• облегчение зачистки мест соединения или обеспечение отсутствия такой необходимости;
• минимальный расход материалов;
• облегчённое и упрощенное управление процессом;
• способность соединения самых тонких листов металла различных марок.

Портативные аппараты

Такие типы сварочных аппаратов позволили вывести сварку на новый – бытовой — уровень. Если до изобретения портативных устройств подобные работы выполнялись преимущественно профессионалами с высокой квалификацией, то портативная техника позволила применять их и дома.

Во-первых, такие аппараты очень лёгкие по весу, в связи с чем их удобно транспортировать. Во-вторых, производители снабдили их полным готовым для использования комплектом, не забыв о системе подачи электродов (проволоки весом до 10 кг).

Главным усовершенствованием можно считать то, что в аппарат вмонтирована система цифрового управления. На дисплее каждый может указать основные параметры сварки: диаметр закладываемой проволоки, тип газа и т.д. На основании введённых данных портативный аппарат самостоятельно настраивается и выполняет сварку на достаточном для непроизводственных сварных швов уровне.

Усовершенствованные горелки

Самым примитивным звеном во время сварки считается газовая горелка, но даже небольшие изменения этого элемента позволили значительно улучшить качество выполняемой работы. Современные конструкции горелок производят не только из новых материалов, но имеют другой диаметр выходного отверстия, которое способно работать с нестандартными температурами и создавать необходимое давление.

Предлагаемые учёными газовые горелки стали безредукторными и высокодинамичными, при помощи их даже во время продолжительного процесса на самых высоких температурах можно получить идеально ровное пламя, в котором не будут появляться факелы, вспышки и хлопки. Из-за таких инноваций работа сварщика не требует частых остановок, что позволяет выполнить больший объём работ за то же самое время.

Разработаны агрегаты с многочисленными соплами, которые используются для соединения труб большого диаметра. Ширина пламени при использовании линейных горелок может достигать нескольких метров. Эта технология часто применяется для соединения деталей под водой или в воздухе, где существует острая необходимость в резком сокращении времени выполнения работ.

Гибридная лазерная технология

Такой способ был разработан для автомобилестроения, но нашёл применение и в других промышленных отраслях. Гибридный лазер используют для получения качественных швов при соединении тугоплавких сортов стали при совмещении с диоксидом углерода. Это позволяет получить идеальные сварные швы при точном управлении мощности лазерного излучения в пределах 1,5 – 4,0 кВт.

Ещё одной особенностью, присущей гибридной лазерной технологии, является высочайшая скорость плавящегося электрода и выполняемых работ – от 40 до 450 м/час. С такими же показателями можно обрабатывать тончайшие листы, изготовленные из автомобильной стали, что стало причиной финансовой поддержки и усовершенствования этой разработки ведущими автомобильными корпорациями.

Двухдуговая сварка

Такая методика была разработана для крупногабаритных конструкций, в изготовлении которых задействованы толстые листы закаливающейся стали таких марок как 30ХГСА. Способ основан на том, что при двухдуговом воздействии одномоментно применяются проволоки двух разных типов, имеющие в составе легирующие (сверхпрочные) компоненты. Диаметр таких электродов – 5 мм.

Для обеспечения устойчивого горения дуги при двухдуговой сварке необходим керамический флюс, созданный на основе керамики марки АНК-51А. Именно с керамическим флюсом данный способ показывает самый высокий результат и формирование идеальной сварной поверхности.

Щадящая методика

Для определённых работ была разработана новая щадящая технология, которая очень высокорезультативна, но отличается низкой себестоимостью. Во время процесса применяют специальные смеси защитных газов: диоксид углерода в соединении с аргоном или смесь аргона, диоксида углерода и кислорода. По сравнению с традиционным применением обособленного диоксида углерода, получаемый шов выходит более гладким и безупречным.

Ещё одним позитивным моментом является значительное удешевление сварочного процесса: на равный объём выполненных соединений расходуется меньшее количество проволочных электродов. Экономия составляет около 20%, что в промышленных масштабах представляет собой значительную сумму. Кроме того, во время сварочного процесса переход к деталям, поддающимся сварке, становится очень постепенным и плавным. Профессиональные сварщики, которые были задействованы в начальных тестах щадящей методики, подчеркнули, что разбрызгивание электродных металлов при многокомпонентной смеси газов значительно уменьшается.

Двухкомпонентная методика

Этот новый метод, который получил широкое распространение в развитых странах за короткий промежуток времени, обязан своим появлением запуску новых скоростных составов на железных дорогах. Двухкомпонентная технология является модифицированным вариантом литьевого способа. Она разрешила достичь результатов, которые раньше считались взаимоисключающими: обеспечить высочайшую пластичность шовного соединения, не ухудшив при этом износоустойчивость металла в месте сварного шва.

Технически двухкомпонентная методика выполняется сложно, поскольку требует особой подготовки: на месте проведения работ должна быть расплавленная сталь, которая аккуратно помещается в жидком виде в зазор между рельсами. Для того, чтобы придать соединению внушительную вязкость, применяется плавка с низколегированными компонентами. Износостойкость увеличивается посредством использования керамических флюсов, которые позволяют после заполнения сварного стыка вывести легирующие добавки из процесса. Керамика разрушается под действием высокой температуры, а добавки, укрепляющие соединение, застывают на поверхности, обеспечивая длительную эксплуатацию без трещин и деформаций.

Орбитальная аргонодуговая технология

Эта технология нашла применение в аэрокосмической отрасли, в автомобилестроении и полупроводниковой промышленности. Такая методика является высокоспецифичной и применяется для объектов со сложным конструктивным контуром. Впервые она была разработана 50 лет назад, но её значительно усовершенствовали, применив вольфрамовый электрод.

Главным преимуществом орбитальной аргонодуговой вольфрамовой сварки является то, что расход активирующего флюса при таком методе рекордно низкий: на 1 м сварного шва расходуется всего 1г флюса. Это делает возможным проводить процесс при пониженном токе, что уменьшает не только объём, но и вес сварочной ванны. При этом качество соединения регулируется в режиме реального времени посредством корректировки давления дуги.

Такой методикой успешно пользуются при необходимости соединить жаропрочные, высокопрочные сплавы, углеродистые стали, титан, медь и никель.

Технология СМТ

Эта методика основана на холодном переносе металлов. Когда говорят о холодном переносе, в виду не имеют реально низкую температуру, просто она значительно ниже, чем при классических вариантах.

Главное отличие заключается в том, что заготовки и зона будущего шва не прогреваются до максимальных значений, поэтому тепловложение в области обработки в разы уменьшается. Из-за того, что металл точечно не перегревается, не происходит сильная деформация. Работа электрода основана на контролируемом коротком замыкании, которое прекращается быстрым отодвиганием проволоки из зоны действия разряда и быстрого повторного его возвращения (до 70 раз в секунду).

Применение СМТ-сварки осуществляется через автоматизированные системы, которые дают очень однородные и качественные швы на местах соединения оцинкованных или стальных листов с алюминиевыми сплавами.

В данном случае сварка ведётся короткозамкнутой дугой с систематическими прерываниями. В результате такой системы шов атакуется горячими и холодными импульсами, что позволяет снизить давление в районе вхождения дуги. По такому же принципу снижается разбрызгивание при переносе металлов.

Таким образом, при помощи СМТ-сварки был достигнут стандарт, который ранее считался только теоретическим. Это стало возможным из-за контроля короткого замыкания и полного отсутствия разноса брызг, что резко снижает необходимость послесварочной механической обработки.

Этот метод делает возможной сварку металлов разной толщины, начиная от самых тонких листов и заканчивая глубиной шва до 20 см. Плазменная технология позволяет одновременно с выполнением сварочных работ производить резку.

В основе плазменного метода находится ионизированный газ, который полностью заполняет пространство между двумя электродами. Именно через этот газ проходит электрическая дуга определённой мощности, обеспечивая очень сильный эффект.

Использование плазменного генератора представляет собой сложный процесс, требующий высокого профессионализма и профессиональных навыков, поэтому использовать его в бытовых целях не получится. Внутри генератора возникает многофункциональная сварочная система, которая может использоваться в узкоспециализированных сферах.

Технология компьютерного моделирования

Самое современное направление в сварочных технологиях по праву отводится компьютерному моделированию. Оно одинаково целесообразно для выполнения соединений самых мелких деталей со сложными контурами и для масштабных работ, где необходимо управление огромными площадями и множеством сварочных аппаратов.

Если раньше объёмные работы выполнялись при использовании многих аппаратов или целым сварочным комплексом, то компьютерное моделирование позволяет иметь одну функциональную единицу с разветвлённой периферией, оснащённой множеством горелок и насадок.

Полная автоматизация позволяет внедрять принципиально новые способы сварочных работ, которые недоступны для большинства сварщиков. Сами сварщики в таком случае функционально превращаются в операторов, задающих компьютеру все необходимые параметры, на основании которых программа задаёт оптимальные значения и контролирует процесс. Такой подход значительно повышает результат выполняемой работы.

Новые технологии вывели сварку на совершенно новый уровень, который позволяет выполнять сварочный процесс в рекордные сроки с минимальными трудозатратами и максимальным результатом. В то же время, прогресс не стоит на месте, поэтому вполне возможно, что в ближайшем будущем появятся системы, которые будут работать автономно, практически без участия людей. Разработки подобных проектов уже ведутся, и в том случае, если испытания увенчаются успехом, скоро человечество сможет получить новые масштабы и концепции сварочных производств.

Каждый монтажный процесс требует правильного подхода. Проще говоря, технология должна соблюдаться обязательно, иначе окончательное изделие, если и окажется на вид приемлемым, и его конструкционные качества будут не на высоте. Сварочные работы, технологии которых разнообразны, должны отвечать всем предписанным действиям, так как изделия из металла отличаются повышенной прочностью и безопасностью в эксплуатации.

Для правильной сварки металла необходимо подходить к этому ответственно и со знанием дела.

Прежде чем применить особенности сварки по выбранной технологии, нужно понять свойства стали, особенности сопутствующих электродов и назначение изделия. Обработка, технология металлов и сварка идут рука об руку и не могут находиться вне зависимости друг от друга.

Применяемые в сварке материалы

Не весь металл сваривается одинаково. Состав стал разниться и влиять на качество и технологию прокладки шва. Общие требования к сварке любого материала должны отвечать таким качествам, как:

• стойкость шва к образованию трещин;
• выдержка стали околошовной зоны;
• определение стойкости металла при переходе в состояние хрупкости;
• проверка на износоустойчивость, коррозию и механические свойства свариваемого материала.

Требования стойкости шва к образованию трещин.

При помощи таких требований и выбирается образец стали. К нему применяется особая технология сваривания, которая будет иной для других металлов. Нельзя забывать, что и аппараты, с помощью которых будет вестись работа, тоже технологически различны.

Для того чтобы изделие хорошо функционировало в любых температурах, в сварке применяют легированные и холодостойкие стали. Ранее технология сваривания таких металлов применялась только с никельсодержащими составами. Теперь же при развитии прогресса в сварке рекомендована работа с меньшим содержанием никеля и низким количеством углерода. Это дает преимущества в виде отсутствия трещин при закалке, использования изделия в агрессивных средах и хорошей свариваемости практически без дефектов.

Жаропрочные стали применяют в сварке в комбинировании с легированными. Прежде всего, это даст экономию обоим видам металла, особенно если применить хромированные компоненты. Стали такого качества прочны и обладают свойствами, работающими как на охлаждение, так и на перегрев.

Сварка алюминия активно используется в разных видах промышленности, но лишь как самостоятельное легкое покрытие. Взаимодействие со сталью плохое, и технологии пока нет. Поэтому прочность такого металла зависит лишь от его свойств, а чистый алюминий - легкий и хрупкий материал.

Классификация видов стали для сварки.

Углеродистые стали - самые распространенные в промышленных и производственных масштабах материалы для сваривания. Особенности заключаются в подверженности плавке. Низко- и среднеуглеродистые без труда поддаются любой технологии, стали же с высоким содержанием углерода считаются тугоплавкими, но и для них созданы решения.

Влияние примесей на технологию сваривания. Некоторые из них могут ухудшать качества и свойства основного металла, другие же, наоборот, улучшать. К примесям можно отнести кислород, висмут, фосфор, серу и другие. Из них хорошими свойствами, придающими качество шву, можно выделить фосфор, мышьяк (швы плотные), а вредными элементами считается большое количество кислорода, висмута и серы (швы пористые и хрупкие).

Влияние металлов на технологию сваривания огромно. От комплексных показателей качества зависит эксплуатация изделия - долгосрочная и безопасная. Критерии оценки стали придумали еще при Петре Первом, и до сих пор используют в модернизированном виде. Прежде чем допустить сталь на сваривание, она проходит множество испытаний на изгиб, кручение, твердость, растяжение. Проверку проходят и свойства на выдавливание и осадку. Для того чтобы понять, как будет реагировать сталь на ту или иную технологию сварки и последующую обработку, необходимо знать ее структуру, чтобы применить к ней наиболее подходящую.

Сварка высоколегированных сталей

Схема особенностей сварки высоколегированных сталей.

Технология включает в себя несколько процессов: определение свойств металла к растрескиванию, коррозии, изменение структуры стали во время сварки и охлаждения готового шва. Процесс сварки такого металла должен идти быстро. Более эффективной является дуговая, нежели газовая. Электроды должны быть выбраны с содержанием аустенситных сталей, благодаря которым шов будет более технологичным.

По окончании сварки изделие или шов нужно охладить. Но технология еще не закончена: шов требует определенной обработки. Помимо отбивания шлака, нужно удалить оксидный слой, если желаемое изделие должно обладать такими же качествами, как и основной металл. Сделать это можно с помощью термообработки и травления швов. Более эффективен второй вариант. Изделие или область шва погружают в раствор с определенными компонентами, и в результате оксид должен раствориться. Швы шлифуют, полируют и получают поверхность, соответствующую стандартам.

Лазерное сваривание металла

Схема лазерной пайки и сварки.

Технология сварки заключается в высокоточной работе, не требующей последующих обработок. Однако из-за стоимости лазера эта технология пока применима лишь в ответственных конструкциях. Требования к внешнему виду достаточно высоки. Такая технология предусматривает большую точность стыков свариваемой конструкции и соответствующую обработку краев. Сначала металлические элементы подвергают тщательному очищению от окалины, ржавчины, режут трещины, убирают оксидный слой. Могут использоваться токарные станки для идеальности кромок. Применяются растворы для обезжиривания, словом, металл для такой технологии подготавливается тщательно.

Соединение сварки только стыковое. Нахлесточные к углеродистым сталям не применяют из-за особой концентрированности электрического напряжения при лазерной технологии. В качестве защитного газа применяют гелий и аргон. Лазерной технологии подвергают как легкие, так и особо прочные металлы.

Схема горячей сварки.

А если выполняется технология горячей сварки? При таком выбранном варианте заготовку изделия подвергают предварительному нагреву. Затем применяются сварка и последующее за этим медленное остывание. Это обычный способ обработки изделий, уже бывших в употреблении. Дефекты нужно срезать и создать вокруг места сваривания форму из песка во избежание вытекания расплавленного металла.

Разогрев происходит в печах или косвенной дугой, если изделие невозможно транспортировать. Преимущества находятся на стороне дуговой сварки угольными электродами. Охлаждение должно происходить медленно, не менее 3 суток. Для этого шов покрывается слоем древесного угля и обкладывается со всех сторон асбестовыми листами. Ток может быть любым - постоянным или переменным.

Технология сваривания чугуна

Методы сваривания любых видов чугуна (серые, белые или половинчатые) сложны, так как это самый капризный металл из всех. Особенности его заключаются в сильной текучести металла под действием дуги. Он образовывает трещины в технологических швах из-за высокой скорости охлаждения. Преимущественно технология сварки чугуна применяется при ремонтных работах или исправлении неподходящих отливок.

В качестве швов главную роль играет выбор электродов.

Основные способы сварки чугуна.

Меньше всего разрушат углеродистый слой металла медно-никелевые. Однако и здесь есть свои условия: шов должен быть мелким, а глубина - маленькой. Подводный камень в выборе таких электродов все же есть: сплавы меди и никеля обладают большой усадкой, что может привести к образованию горячих трещин.

Распространена технология сваривания чугуна с помощью стальных шпилек, которые предварительно вворачивают в тяжелые и громоздкие изделия. Их обваривают вместе с чугуном, низкими токами, для того чтобы уменьшить проявления белого чугуна: он еще более хрупок, при остывании.

Технология сварки алюминия

Выбор ее ограничен из-за свойств самого металла. Имеющий низкую температуру плавки, он обладает высокой текучестью при работе. Прочность такого металла тоже мала, поэтому предотвращающие меры должны быть приняты еще на этапе подготовки. Капризные особенности можно предотвратить с помощью закрытой дуги, высоких концентрированных температур и применения керамического флюса. Они способствуют улучшению качества шва при любом виде сваривания.

Схема аргоно-дуговой сварки алюминия.

При работе с плавкой алюминия следует учитывать и состав окружающей атмосферы: если влажность повышена, то швы будут пористыми, а соответственно, некачественными. К тому же, если не соблюсти определенную «сухость» в работе, металлу грозит коррозия.

Технология сварки металлов с алюминием вредна для рабочих, находящихся в зоне превышения концентрации газов и некоторой степени радиации. Поэтому недопустима работа одного человека: всегда должен быть наблюдающий со стороны, готовый прибегнуть к оказанию срочной помощи, если напарнику от паров станет плохо.

Если приходится работать в условиях низких атмосферных температур, то организаторы сварочных работ должны позаботиться о сооружениях, прикрывающих места производства технологических процессов. Оболочки или тепляки должны создать внутри необходимую температуру, соответствующую проводимой технологии. Иначе качество сварки сойдет на нет. При сильном переохлаждении металла швы будут усеяны многочисленными трещинами, что, естественно, не способствует правильности. Должно быть и обеспечение подогревом в связи использования технологий по горячей сварке.

Ремонтные технологии: нюансы

Классификация сварки металлов.

Способы такой сварки различны: дуговая ручная, автоматическая, шлаковая, механизированная, кислородная. Обширность применения такого рода технологий востребована, прежде всего, в машиностроении, строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве. Выбор определенной технологии зависит от повреждения и его доступности. Предварительно металл подготавливают и определяют его характеристику. Затем убирают повреждения: с трещин снимается кромка, дыры вырезаются и зачищаются.

Технология сварки трещин идет в два этапа: сначала с лицевой стороны, затем с обратной. Заплаты делаются внахлест, угловыми сварками. Кроме того, нельзя забыть о придании выпуклой формы ввариваемого металла. Это нужно, для того что усадка произошла без повреждений. Швы доводятся до гладкого состояния путем их шлифовки.

Детали непростой формы должны вариться вручную. Должно быть визуальное наблюдение за процессом. В этом случае металл будет более качественно использован: окажется меньше шлака. Но все зависит от мастерства сварщика. Повреждения толстостенных металлов завариваются нескольким технологиями: многослойными швами, двумя дугами, «горкой». Такие способы хороши для вертикальных положений.

Технологии сварки бронзы и латуни

Схема автоматической сварки бронзы под флюсом.

Бронза - металл капризный. В сочетании с алюминиевыми наплавками сварке не поддается. Чистую, без примесей, возможно заварить по технологии, применимой к меди - вольфрамовым электродом, с присадками из фосфористых элементов. Сварка должна идти в краткий срок без допущения сильного нагревания основной поверхности. Должны применяться стремительное охлаждение и затвердевание. Подойдут и угольные электроды, но на высоте металлический с литым бронзовым стержнем. Нельзя допустить и сильного потека металлов, поэтому процесс ведется только в нижнем положении. Швы, полученные в результате сварки, непрочны и составляют лишь 75% от всей прочности изделия. Это говорит о том, что технология сваривания бронзы применима в ремонтных или второстепенных областях.

Латунь - это медь и цинк, которые при нагревании взаимодействуют. Технология не самая легкая, так как из-за испарения цинка образуется новый элемент - окись цинка, он, в свою очередь, сильно ядовит. Поэтому при соблюдении технологии сварки металлов предполагается работа с вытяжными устройствами или в респираторе. Сам процесс сварки латуни с присадками, уменьшающими испарение цинка, идет хорошо, удовлетворяет требования и качество шва, отделяемый шлак удаляется быстро. Латунь подвержена многим видам сварки, но из-за ее текучести работа может выполняться лишь в нижнем положении.

Технология сваривания мартенситно-стареющих металлов

Микроструктура типичных мартенситно-стареющих сталей.

Благодаря надежности разработанных технологий упрочнения сталей такие виды металлов могут свариваться любым видом сварки и с применением различных электродов. Сравнительно недавно к такой стали с успехом применяется лазерная сварка, которая показывает лучшие результаты стойкости к растрескиванию или коррозии.

Также широкое применение получила точечная контактная сварка при работе со стареющими металлами. Она хороша в промышленных масштабах, а для штучных изделий подойдут технологии сварного взрыва или трения. Но это требует определенных условий в техническом оборудовании.

Для того чтобы сварка такими сталями была успешной, требуется точное соблюдение технологий, присущих именно ей: все материалы и сопутствующие элементы должны быть идеально чистыми, их обезжиривают и промывают. Если требуется подгонка стыков, то делать это нужно качественно, иначе возможно возникновение горячих трещин. Их ликвидация довольно проблематична. Технология предусматривает переход в процессе сварки металлов от одной формы к другой: это способствует устранению дефектов в виде трещин.

Технологии, предусматривающие сварку тугоплавких металлов, включают в себя цирконий, ниобий, ванадий, тантал. А также хром, молибден, вольфрам.

В качестве очищающего средства металлов перед сваркой используют абразивный камень.

Перед тем как приступить к сварочному процессу, необходимо подготовить поверхности, стыки и торцы изделий. Может применяться абразивный камень в качестве очищающего средства, но только в том случае, если конфигурация детали несложная и не имеет изгибов, выпуклостей или вогнутостей. В противном же случае используются особые электрические ножницы. Но так как от этого поверхность может пойти трещинами, то рекомендовано обрабатывание торцов и кромок на фрезерных станках. В качестве очистки поверхности применяются травление и вакуумный отжиг.

В вопросе выбора электродов применима проволока такого же состава, что и основной металл. Режимы сварки могут разниться, от этого идут разное формирование шва, его структура и механическая прочность самого изделия. К примеру, увеличение тока приведет к увеличению пластичности металлов, однако плохо скажется на формовке шва.

Прогрессивные технологии, такие, как плазменная сварка, вакуумная или лазерная, помогут справиться со всеми видами стали, но потребуют большого профессионализма в работе. Они используются в промышленных масштабах: ракетостроение, применение точных приборов измерения.

Технология сваривания разнородных металлов

Таблица для сварки разнородных металлов.

Промышленность преуспевает в создании альтернативных изделий с применением сварки металлов. Что это значит? На смену тяжелым и дорогим изделиям приходят другие, выработанные с применением технологии совместимости разных структур. Таким образом, они становятся экономичнее, легче, улучшаются конструкционные качества.

Некоторые технологии сварки ведутся с применением какого-либо промежуточного металла, в том случае, если свойства одного и другого вместе не сойдутся никак. Тогда «прослойка» будет прекрасным барьером в предотвращении хрупкости и возникновении коррозии. Естественно, такой металл должен быть совместим и с одним, и с другим материалом.

Прекрасными способами в некоторых случаях станут пайка металлов, технология давления и плавления. Они не могут подходить ко всем без исключения материалам, однако призваны своим взаимодействием схватить поверхности конструкций. В этом случае технология окажется ничуть не хуже прямого сваривания однородных металлов.

Технология сваривания свинца

Технология сварки свинца.

Свинец получил большое применение в атомной и химической промышленности благодаря собственным свойствам. Им отделывают внутренние поверхности сосудов и колб для химических реагентов, так как его малое взаимодействие с активными веществами позволяет транспортировать их без опасения утечки.

Подготовка к свариванию свинца ведется тщательным образом: края металла зачищают до блеска, и ширина чистой поверхности должна составить не менее 3 см от кромки. В качестве дополнительной очистки применяют протравление раствором уксусной кислоты или промывание хлористым углеродом, чтобы исключить малейшую возможность проникновения грязи под сварочный шов. Чистка происходит либо непосредственно перед сваркой, так как металл притянет к себе налет очень быстро, либо два раза.

Свинцовая сварка может проходить и в вертикальных положениях из-за легкости плавления, и в горизонтальных из-за жидкотекучести металла. Также сварка идет с применением присадочной проволоки, которая закладывается прямо встык.

Схема вариантов сварки свинца.

Типы применяемой к свинцу сварки различны: газовая, дуговая, импульсная и холодная. Зависят они от толщины сварных металлов. Лучшие швы получаются при применении флюсов, в два-три шовных прохода. Первый будет идти без присадочной проволоки, за счет того что края изделия сами плавятся. Второй - с присадкой и увеличением сварочной ванны. Третий нужен, если толщина свинца превышает 20 мм, значит, считается трудоемкой.

Сварка свинца осуществляется без подогрева и перерыва. Если вдруг случайно произошел обрыв электрической дуги, то нужно по-новому зачистить место присоединения и лишь потом начинать сварку. Для того чтобы сделать шов гладким, его допустимо проковать.

http://moyasvarka.ru/youtu.be/NnaJTrs2qQA

Перечень вышеуказанных технологий далеко не полный и не раскрытый в плане конкретных цифр и указаний марок сталей и электродов. Производственные таблицы с определенными величинами даны в обучающей литературе. Технология металлов и сварка - понятия, неотделимые друг от друга, и поэтому без изучения свойств одного невозможен процесс другого. Чтобы стать профессионалом в области сварочного дела, требуется получить знания и по металловедению, чтобы знать реакцию популярных и редких для сваривания металлов на ту или иную технологию.

moyasvarka.ru

Правила и технологии сварки металлов

• 24-10-2014

• Электродуговая сварка металлов и электроконтактная
  • Работа электрической дуги
  • Защита расплавленного металла и сплавление электрическим контактом
• Технология электродуговой сварки металлов
  • Электроды для сваривания: виды и выбор
  • Характеристики дуговой сварки: определение и значение
• Как выполняется дуговая сварка: технология
  • Начало сварки: последовательность розжига дуги
  • Перемещение электрода и сварная ванна
• Технология контактной, шовной и газовой сварки металлов
• Оборудование: выбор сварочного аппарата и средств защиты

Сварка - метод соединения деталей из однородного материала: пластика с пластиком, металла с металлом. При сваривании контактирующие поверхности расплавляются или плотно сжимаются. В зоне контакта происходит сплавление двух материалов в один. В результате образуется прочное плотное соединение двух поверхностей.

Сварка - это соединение деталей, сделанных из одинакового материала, для получение единой конструкции.

Сварка металлов расплавлением используется для качественного герметичного соединения ответственных деталей: элементы трубопровода, корпус автомобиля (автобуса, самолета), стенки металлического гаража и ворота, опоры спортивного турника, соединение арматуры внутри бетонной стены и многое другое. Какие виды сварки используют современные сварочные технологии? Как правильно выполняется сваривание металла?

Виды сваривания металлических поверхностей

Сварка металлов может осуществляться с расплавлением контактных поверхностей или с их сжатием. При этом процессы сваривания называются:

• сваривание плавлением (или расплавлением);
• сваривание пластическим деформированием.

Классификация основных видов сварки.

Соединение деформированием может выполняться с применением подогрева или без него. Деформирование поверхностей без подогрева называется холодной сваркой. При плотном сжатии атомы различных материалов оказываются на близком расстоянии и образуют межатомные связи. Происходит соединение поверхностей.

При сваривании плавлением соединяемые поверхности локально нагреваются и расплавляются. Часто используется третий (присадочный) материал, который плавится и заполняет зазор между двумя металлами. При этом в жидком расплаве образуются межатомные связи между основным материалом и присадкой (расплавленным электродом). После остывания и затвердевания образуется сплошное сварное соединение.

Местный нагрев деталей для сваривания может осуществляться электрическим током или горящим газом. Соответственно, по способу локального нагрева сварка делится на два вида:

• электрическая (в том числе электрошлаковая, электролучевая, лазерная);
• газовая.

Наименования определяются используемым источником тепла. Электричество может работать как напрямую, так и косвенно. При прямом использовании электроэнергия нагревает металл и присадочный электрод благодаря прохождению по ним тока или возникновению дуги. В косвенном использовании работает различная энергия, полученная от воздействия электричества: энергия расплавленного шлака, через который проходит ток, энергия электронов в электрическом поле, луч лазера, возникающий при подаче электричества.

Классификация видов электрической сварки.

Сварка металлических поверхностей может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Некоторые виды сварных соединений возможны только с применением автоматики (например, электрошлаковая или шовная), другие доступны для выполнения ручными сварочными устройствами.

Электрическая сварка представлена двумя методами:

• электродуговой;
• электроконтактный.

Разберем подробнее, как происходит соединение поверхностей при дуговом и контактном способе сваривания.

Вернуться к оглавлению

Вернуться к оглавлению

Данный вид сваривания использует для нагрева теплоту электрической дуги. Дуга, образующаяся между металлическими поверхностями, представляет собой плазму. Взаимодействие металлических поверхностей с плазмой вызывает их нагрев и расплавление.

Принцип работы электродуговой сварки.

Электродуговая сварка может выполняться с использованием плавящегося электрода или неплавящегося его вида (графитового, угольного, вольфрамового). Плавящийся электрод одновременно является возбудителем электродуги и поставщиком присадочного металла. При неплавящемся электроде для возбуждения дуги используется стержень, который не расплавляется. Присадочный материал вводят в зону сваривания отдельно. При горении дуги происходит плавление присадки и кромки деталей, образовавшаяся жидкая ванночка после затвердевания образует шов.

В некоторых технологических процессах соединение поверхностей происходит без подачи присадочного материала, только перемешиванием двух основных металлов. Так производят сваривание вольфрамовым электродом.

Если электрическая дуга горит не свободно, а сжимается плазмотроном, при этом через нее продувается плазма ионизированного газа, то такой вид сваривания называется плазменным. Температура и мощность плазменной сварки выше, поскольку при сжатии дуги достигается более высокая температура ее горения, что позволяет выполнять сварку тугоплавких металлов (ниобий, молибден, тантал). Плазмообразующий газ является также защитной средой для соединяемых металлов.

Вернуться к оглавлению

Схема электроконтактной сварки.

Если при горении дуги металлические поверхности защищают от окисления газом или вакуумом, то такое соединение называют сваркой в защитной среде. Защита необходима для сварки химически активных металлов (цирконий, алюминий), ответственных деталей из легированных сплавов. Возможна защита сварки другими веществами: флюсом, шлаком, порошковой проволокой. Соответственно, используемые методы сварки получили наименования: сваривание под флюсом, электрошлаковая сварка, вакуумная. Все это - разновидности электродугового метода, использующие различную защитную среду для предупреждения окисления расплава, изменения его химического состава и потери свойств сварного соединения.

Электроконтактная сварка использует тепло, выделяемое в месте соприкосновения двух свариваемых поверхностей. Так выполняется точечное сваривание: детали с усилием прижимают друг к другу до соприкосновения в нескольких точках. Точки соприкосновения будут являться местами максимального сопротивления и наибольшего разогрева поверхности. За счет этого нагрева и происходит оплавление и соединение металлических элементов в точках соприкосновения.

Вернуться к оглавлению

Принцип подключения и работы электродуговой сварки.

Технология сварки металла с использованием электрической дуги состоит в последовательности действий по организации работы сварочного аппарата и непосредственном выполнении сварки.

Подготовка состоит в установке сварочного инвертора, выборе электродов и выполнении необходимого скоса кромки (подготовке поверхностей).

После установки сварочного аппарата в месте сварки контактный провод с помощью «крокодила» (конструкция присоединяющей клеммы) крепят на одной из контактных металлических поверхностей. Включают сварочный аппарат и выставляют регулятором тока его силу. Сила тока регламентируется размером электрода и толщиной свариваемых деталей. Для электрода диаметром 3 мм сила тока должна соответствовать 80-100 А.

Если поверхность металла окрашена или окислена с образованием слоя ржавчины, его необходимо поцарапать металлической щеткой для обеспечения полноценного контакта в соединении.

Определяется вид соединения контактных поверхностей:

• стыковое;
• внахлест;
• угловое;
• тавровое;
• торцевое.

Типы сварных соединений и швов.

Рассмотрим подробнее особенности сваривания различных типов соединений. Стыковое соединение часто требует предварительной подготовки кромок свариваемых поверхностей: по их краям выполняются скосы. V-образные скосы делают по краям листов толщиной от 5 до 15 мм, Х-образные скосы - на листах толщиной больше 15 мм. Снятие V-образной кромки при стыке поверхностей позволяет получить углубление, по которому выполняется сварка. Х-образные кромки предполагают наличие углубления и выполнение сварных швов с двух сторон соединения.

Угловые и тавровые соединения тоже могут выполняться со скосом кромок (с разделкой поверхности) или без скосов и разделки (в зависимости от толщины сварного сечения).

Тавровое и угловое соединения позволяют соединять детали различной толщины. При этом положение электрода должно быть более вертикальным к той поверхности, у которой больше толщина.

Вернуться к оглавлению

Электрод для сварки представляет собой металлический стержень, покрытый обмазкой. Состав обмазочного покрытия предназначен для защиты металла сварного шва от выгорания при окислении. Флюс вытесняет из расплавленного металла кислород, чем препятствует окислению, и выделяет защитный газ, чем также предупреждает окисление. В состав обмазки входят следующие компоненты:

Схема электрода для сварки: 1 - стержень; 2 - участок перехода; 3 - покрытие; 4 - контактный торец без покрытия; L - длина электрода; D - диаметр покрытия; d - номинальный диаметр стержня; l - длина зачищенного от покрытия конца

• стабилизаторы зажигания и горения (калий, натрий, кальций);
• шлакообразующая защита (шпат, кремнезем);
• газообразующие (древесная мука и крахмал);
• рафинирующие соединения (для вывода и связывания серы и фосфора, вредных для сваривания металла примесей);
• легирующие элементы (если шву необходимы особые свойства);
• связующие (жидкое стекло).

Выпускаемые промышленностью электроды имеют диаметр от 2,5 до 12 мм, для ручной сварки наибольшее применение получили 3-миллиметровые электроды.

Выбор диаметра электрода определяется толщиной свариваемых поверхностей, требуемой глубиной проплавления. Существуют таблицы, приводящие рекомендованные значения диаметров электродов в зависимости от толщины проплавляемых поверхностей. Надо знать, что небольшое уменьшение диаметра электрода возможно, при этом увеличивается время выполнения процесса. Электрод меньшего диаметра дает возможность лучше контролировать процесс, что важно для начинающего сварщика. Более тонкий электрод можно передвигать медленнее, что важно в процессе обучения.

Вернуться к оглавлению

Перед началом сварки определяются оптимальные характеристики процесса сваривания:

Таблица выбора силы тока для сварки.

1. Сила тока (регулируется на сварочном аппарате). Сила тока определяется диаметром электрода и материалом его покрытия, расположением шва (вертикально или горизонтально), толщиной материала. Чем толще материал, тем большая сила тока потребуется для его прогрева проплавления. Недостаточная сила тока не расплавляет сечение шва полностью, в результате присутствуют непровары. Слишком большой ток приведет к излишне быстрому расплавлению электрода, когда основной металл еще будет не расплавлен. Рекомендуемое значение тока указывается на упаковке электродов.
2. Свойства тока (полярность и род). В большинстве сварочных приборов используется прямой ток, он преобразуется из тока встроенным в аппарат выпрямителем. При постоянном токе поток электронов двигается в одном (заданном полярностью) направлении. Полярность при сварке определяет направление движения потока электронов. Существующие полярности выражаются в подключении электрода и детали:

• прямая - деталь к «+», а электрод к «-»;
• обратная - деталь к «-», электрод к «+».Благодаря движению электронов от «минуса» к «плюсу» на положительном полюсе «+» выделяется больше тепла, чем на отрицательном «-». Поэтому положительный полюс располагают на элементе, требующим более значительного прогрева: чугун, сталь толщиной 5 мм и более. Таким образом, прямая полярность обеспечивает глубокое проплавление. При соединении тонкостенных деталей и листов применяется обратная полярность.

1. Напряжение дуги (или длина сварочной дуги) - это расстояние, выдерживаемое между концом электрода и поверхностью металла. Для электрода диаметром 3 мм рекомендуемая длина дуги составляет 3,5 мм.

Вернуться к оглавлению

Вернуться к оглавлению

Способы розжига сварочной дуги.

Для возникновения дуги новый электрод вставляют в зажим и обстукивают о твердую поверхность для удаления обмазки на его рабочем конце. Под шлаком находится металлическая присадка, сам шлак служит изоляцией и закрывает присадку от розжига. После этого электродный стержень приближают к металлической поверхности на минимально возможное расстояние, 3-5 мм, не допуская прикосновения. При этом электрод держат под углом к поверхности свариваемого металла. Технология сварки металлов электродом регламентирует угол наклона электрода в размере 60-70ºC. Визуально такой угол воспринимается как почти вертикальный, с небольшим уклоном.

Для розжига дуги электродом чиркают о поверхность металла наподобие зажигания спички о коробок с серой.

Если электрод слишком приблизить к свариваемой поверхности металла, возникнет прилипание и короткое замыкание. У тех, кто начинает варить, электрод прилипает часто. По мере приобретения навыка правильного расположения электрода над металлом, поддержки оптимального расстояния прилипания происходить не должно. Прилипший электрод можно оторвать, наклонив его в другую сторону или выключив сварочный аппарат.

Если электрод прилипает слишком часто, возможно, что сила тока недостаточно велика, ее необходимо увеличить.

При оптимальной правильной удаленности электрода от места сварки (около 3 мм), происходит образование дуги с температурой порядка 5000-6000ºC. После возгорания дуги электрод можно слегка приподнять от рабочей поверхности, на несколько миллиметров.

Вернуться к оглавлению

Схема сварочной ванны.

При плавлении электрода и основного материала образуется сварная ванна (лужица расплавленного металла).

Электрод и дуга вместе со сварной ванной (зоной расплавленного металла) плавно перемещаются вдоль линии соединения. Скорость перемещения электрода определяется скоростью расплавления металла и изменения его цвета. Быстрое передвижение электрода осуществляется при работе с тонкими листами, быстро нагревающимися и легко образующими сварную ванну. Замедленное перемещение электрода применяется на толстых массивных соединениях.

Форма перемещения электрода (прямо, зигзагом, петлями) определяется шириной сварного шва и глубиной проплавления. Электрод может перемещаться прямолинейно (ровно) при небольшой сварочной ширине. Он может двигаться петлями, зигзагом, если необходимо проварить достаточную ширину и глубину соединения. Варианты движения электрода приведены на Рисунке 1.

Рисунок 1. Способы движения электрода.

Выпуклость шва после застывания сварной ванны определяется положением электрода во время сварки. Если электрод расположен почти вертикально, шов будет ровным, а проплавление - глубоким. Более наклонное расположение электрода формирует выпуклую поверхность сварного соединения и уменьшение глубины проплавления. Слишком большой наклон электрода располагает дугу в направлении шва, делая процесс сваривания плохоуправляемым.

Для качественного соединения расплавленная ванна должна иметь тонкие края, быть достаточно жидкой и послушно перемещаться за электродом.

Ванна в светофильтре (сквозь темное стекло) выглядит как оранжевая поверхность с рябью. Появление оранжевого цвета ванны (капли жидкого расплава) может расцениваться в качестве индикатора для дальнейшего перемещения электрода. То есть если появился оранжевый цвет, то сдвигаем электрод дальше на несколько миллиметров.

Схема устройства и основных показателей сварочной ванны.

В месте окончания проплавления необходимо увеличить размер сварной ванны. Для этого электрод должен удерживаться над данной точкой на несколько секунд дольше.

Если происходит сквозное проплавление материала, необходимо уменьшить величину тока и взять другой электрод (меньшего диаметра). Прожженным дырам дают остыть, сколачивают с них шлак и после этого заваривают.

После сварки необходимо постучать молотком по сварному шву. Это позволит удалить с него окалину и визуально проверить сварное соединение на отсутствие несплошностей или непроваров.

Вернуться к оглавлению

Технология сварки металла по контактам имеет некоторые особенности. Ток подключают к свариваемым деталям, после чего их сближают до соприкосновения. Вдоль поверхности стыка возникают контактные точки, в них за несколько секунд происходит разогрев металла до начала его плавления. После этого ток выключают и стыковые поверхности придавливают друг к другу, обеспечивая плотный контакт точкам расплавления.

Технология шовной сварки.

При шовной сварке работает сварочный автомат. Данный вид сваривания позволяет получить ровный сплошной шов на длинных листовых поверхностях. В аппарате для шовной сварки электроды представляют собой вращающиеся ролики. Между ними пропускаются соединяемые металлические листы.

Газовая сварка использует для образования тепла окисление горючего газа с высокой теплотворной способностью, например, ацетилена, пропана или бутана. Газ и кислород перемешивается внутри горелки, из которой выходит пламя.

Электрошлаковая сварка является видом сваривания в защитной среде. В данной технологической операции шлак является защитным материалом, ограждающим расплавленный металл от контакта с воздухом. Этот вид сварки осуществляется в автоматическом режиме.

Вернуться к оглавлению

Для защиты глаз от ожога при сварке необходимо использовать маску со светофильтром.

Для выполнения сваривания необходим электрический ток большой величины, поступающий на электрод. Современный прибор, обеспечивающий постоянное поступление тока к месту сварки, называется инвертором. Более старые модели сварочных аппаратов имели громоздкие размеры и значительный вес, новые инверторы легко переносятся, не вызывают просаживания сети (это состояние выражается в потере напряжения и мигании лампочек во всем многоквартирном доме или по всей улице частного сектора). Во многих современных инверторах установлена защита от короткого замыкания. При залипании электрода инверторный аппарат автоматически выключается.

Защитный инвентарь: маска со светофильтром (темным стеклом). Светофильтр оберегает глаза от ожога. Без него можно получить ожоги роговицы различной степени: от легких, когда в глазах сохраняется ощущение присутствия песка, до тяжелых, когда восстановить зрение невозможно.

Качество защиты светофильтра определяется номером. Чем толще электрод и больше сварочный ток, тем более мощный светофильтр необходим для защиты зрения.

Освоение тонкостей работы со сварочным аппаратом, выдерживание правильного расстояния дуги, наклона электрода формирует мастерство сварщика. Профессионализм определяется умением управлять процессом, получать качественное соединение поверхностей.

http://moiinstrumenty.ru/youtu.be/KxvvWzqY26A

Современные сварочные инверторы дают возможность овладеть искусством сварщика самостоятельно и выполнять сварочные работы собственноручно.

moiinstrumenty.ru

Куда движется сварка: новые технологии и перспективы развития

Еще в 1802 году русский ученый Василий Владимирович Петров совершил открытие. Он обнаружил: при пропускании электрического тока через два угольных стержня между их концами возникает высокотемпературная электрическая дуга. Именно академик Петров не только изучил и составил описание данного явления, но также указал на возможность использования тепла подобной дуги для расплавления металлов.

Некоторое время это открытие оставалось лишь частью фундаментальной науки. Однако уже к концу девятнадцатого столетия сварка как метод стала неотъемлемым элементом многих технологических процессов. В России дуговую электросварку впервые применили на Куваевской мануфактуре и заводе Пономарева в Иваново-Вознесенске. В 1888 году этот способ был использован в мастерских Орловско-Витебской железной дороги для ремонта паровозных и вагонных колес, рам, решеток и так далее. В течение пяти лет данный способ распространился по всей России.

С тех пор сварочные технологии, конечно же, шагнули далеко вперед и проникли практически во все сферы индустрии. По оценкам экспертов: «Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Во многих случаях сварка является единственно возможным или наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии к оптимальной форме готовой детали или конструкции».

Кстати, в настоящее время сварка используется для соединения отнюдь не только стальных конструкций. «Сегодня сварка применяется для неразъемного соединения широчайшей гаммы металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов в условиях земной атмосферы, Мирового океана и космоса. Несмотря на непрерывно увеличивающееся применение в сварных конструкциях и изделиях легких сплавов, полимерных материалов и композитов, основным конструкционным материалом остается сталь. Именно поэтому мировой рынок сварочной техники и услуг возрастает пропорционально росту мирового потребления стали. К началу ХХI в. он оценивается примерно в 40 млрд долларов, из которых около 70% приходится на сварочные материалы и около 30% – на сварочное оборудование» (там же).

Принципиальный вопрос для отрасли технических газов: каким образом будет меняться рынок сварки и сварочного оборудования? Какие тенденции возьмут верх?

Специалисты полагают (хотя следует учитывать, что это лишь прогноз): в обозримой перспективе основными способами соединения останутся контактная и дуговая сварка. Одновременно ожидается заметный рост применения лазерных технологий. Хотя они по-прежнему будут оставаться «в меньшинстве», но их доля возрастет до 6%, а возможно и до 8%.

А вот прогноз для газовых резки и сварки, скорее, негативный. По оценкам экспертов, доля соответствующего оборудования будет снижаться. Однако не катастрофически: она останется значительной. Так что создание нового оборудования для сварки и резки останется одной из главных задач конструкторов отрасли.

Если говорить о сварочных технологиях, стоит упомянуть еще об одном направлении: о создании инструментов и методов, позволяющих контролировать качество сварки без ее разрушения, причем как в заводских условиях, так и «в поле». В частности, речь идет о портативной аппаратуре ультразвукового контроля.

Значимое направление перспективного развития сварочных технологий напрямую пересекается с наукой о материалах. Необходимо создавать сложные композиционные материалы, а также высокопрочные стали. Все более широкое применение находят сейчас сплавы, содержащие в себе такие металлы, как литий, скандий, циркон. Ведутся работы по созданию хорошо свариваемых титановых сплавов. Наконец, продолжаются активные исследования по созданию специальных материалов на основе полимеров. Это, по оценкам ученых, должно повысить характеристики жесткости и прочности.

Если же говорить о более «приземленных» вещах, то одной из наиболее значимых тенденций в сварочном деле является происходящий буквально на глазах переход на компьютерное моделирование соответствующих процессов. Там, где прежде требовался целый аппаратный комплекс, сегодня достаточно одного устройства, оснащенного нужной «периферией».

Автоматизация позволяет использовать принципиально новые методы электрической сварки. Они строятся на быстром изменении тока, сочетании его высоких и низких импульсов и т.д. Все это позволяет сваривать сложные материалы, уменьшать время необходимой работы, повышать качество работы. Кроме того, снижаются требования к квалификации сварщика: нормальный рядовой профессионал с такой аппаратурой способен делать то, для чего прежде требовался поистине уникальный специалист.

Учитывая сферу интересов нашего журнала, имеет смысл отдельно остановиться и на новинках, напрямую связанных с газовой сваркой и резкой. Даже краткий обзор показывает: здесь за последнее время появилось немало интересного.

Так, одним из интересных направлений работы является создание портативных аппаратов: легких и компактных. Сегодня производители уже предлагают полностью готовые к использованию комплекты (включая систему автоматической подачи проволоки) весом менее 10 килограммов, их достаточно лишь подсоединить к газовому баллону.

К тому же такой аппарат оснащается цифровой системой управления. При помощи дисплея и кнопок настройки не только профессионал, но даже «любитель» (т.е. человек, занимающийся соответствующими работами лишь время от времени) выставляет исходные показатели: например, вид газа и диаметр проволоки. Далее аппарат настраивается сам. Это делает его исключительно простым в управлении, а значит удобным для широчайшего круга потребителей.

Еще одно направление – совершенствование газовых горелок. Казалось бы, что может быть более примитивным? Однако горелки современных конструкций способны, например, в течение длительной работы при высочайших температурах давать ровное пламя: без факелов и хлопков. Это исключительно важно при высококачественной сварке. Применение подобных горелок позволяет не прерывать работу, а значит, ощутимо повышает производительность труда сварщика.

Совершенствуются, кстати, и газовые горелки, используемые на больших производствах для обработки крупногабаритных деталей. Такие многосопловые агрегаты применяются, например, чтобы гнуть и сваривать трубы большого диаметра. При этом линейные горелки могут создавать ширину пламени вплоть до нескольких метров.

Наконец, направлением, о котором стоит упомянуть, является появление переносных аппаратов для резки металла, подразумевающих применение не газообразного, а жидкого топлива. Аппарат имеет небольшой бак (на 1,5 литра горючего), а также подсоединяется к обычной электрической сети.

В стволе подобного аппарата находится нагревательный элемент. Благодаря этому к соплу горелки подходит уже не жидкость, а газ. Затем он ионизируется и используется для резки металла в виде плазменного факела.

Данный подход имеет несколько немаловажных достоинств. Во-первых, жидкость, превращающаяся в газ, сама создает нужное высокое давление. Следовательно нет необходимости формировать его специальными средствами. А во-вторых, жидкое горючее способно создавать гораздо больше тепла. А значит, подобный аппарат имеет гораздо более высокую автономность.

Таким образом, даже беглый обзор показывает: рынок сварки продолжает развиваться. И места на нем хватит самым разным технологиям. Но все же за него придется бороться.

www.gas-technology.ru

Современные сварочные технологии -фантастика или реальная выгода!?

Главным фактором, обеспечивающим конкурентоспособность продукции с точки зрения ее стоимости и качества, является уровень технологий производства. А технологическое развитие всегда связано с приобретением современного оборудования и автоматизацией производственных процессов.

Современные технологии автоматизации сварочного производства позволяют применять автоматические процессы сварки в единичном и мелкосерийном производстве. Способов и оборудования для автоматизации сварки деталей трубопровода существует великое множество. Корпусные элементы в основной своей массе свариваются в среде защитных газов плавящимся электродом. Автоматические установки могут быть укомплектованы современными сварочными роботами, что позволяет сваривать изделия сложной формы и большим количеством сварных стыков в конструкции. Особое внимание необходимо уделить современным технологиям автоматизации сварки крупногабаритных, толстостенных корпусных изделий шаровых кранов, шиберных задвижек, а также трубопроводных элементов. Одной из используемых чаще является технология сварки под слоем флюса.

Решение вопросов Качественного соединения

Первый наземный трубопровод с применением механизированной полуавтоматической сварки в среде СО2 был проложен в США в 1961 году. К этому времени были разработаны пять механизированных систем для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом.

В 70–80х годах сварочные системы MIG/MAG (плавящимся электродом в среде защитных газов) сварки получили дальнейшее развитие, становясь более распространенными и надежными. Скорость прокладки трубопровода зависит от скорости сварки корневого прохода стыка. Поэтому установка сварочных головок на центрирующих устройствах, располагаемых внутри трубы, была следующим шагом вперед. С самого начала возможность установки двух сварочных горелок на одной сварочной головке была продемонстрирована в Советском Союзе еще в 1961 году. Эта система успешно использовалась, например, компанией Serimer-Dasa с девяностых годов. Позднее было обнаружено, что обе проволоки могут быть расположены ближе друг к другу, используя единую газовую защиту и оставаясь электрически изолированными друг от друга. Дальнейшие разработки позволили заменить две горелки системы, на двойные (тандемные) горелки. Такой процесс получил название «Dual-Tandem process». Это позволило еще больше увеличить производительность сварки. Однако высокое суммарное тепловложение может повлиять на механические качества сварного шва, особенно для труб, выполненных из высокопрочной стали (например, Х80 и выше). Производители в настоящее время работают над оптимальным легированием сварочных проволок, используемых для сварки труб из таких сталей. Создание промышленного способа автоматической сварки под флюсом и внедрение его в производство в нашей стране неразрывно связано с именем академика Е. О. Патона. В результате многолетней упорной работы коллектива Института электросварки им. Е. О. Патона создана технология сварки под флюсом, разработаны составы и методы изготовления флюсов, созданы оригинальные конструкции автоматов.

В середине XX века стало известно, что применение флюса помогает решить ряд задач получения качественного сварного соединения. Он должен был не только изолировать жидкий металл ванны от воздуха, но и обеспечить введение в строго определенном количестве дополнительных легирующих элементов в металлшва, связать и перевести в шлак вредные примеси (серу и фосфор). Флюс, а после расплавления шлак, должен быстро и активно взаимодействовать с жидким металлом ванны и каплями электродного металла и также быстро покидать металлическую ванну, как только необходимые металлургические реакции будут завершены. Шлак после охлаждения должен легко отделяться от шва. В настоящее время многие специализированные предприятия изготавливают детали трубопровода методом центробежного электрошлакового литья. Этот метод литья и технические процессы на его основе, разработанные в Институте Электросварки им. Е.О. Патона, обеспечивают высокое качество литого металла за счет его рафинирования в процессе электрошлаковой плавки и применение специальных технологических приемов для получения направленной кристаллизации при отливке. Все свойства, при этом, не уступают кованным и превосходят их по показателям пластичности и ударной вязкости, при одинаковой прочности. Сварку под флюсом широко используют при изготовлении сварно-литых, сварно-кованых и сварно-штампованных конструкций, а также при соединении деталей трубопровода. Изделия, создаваемые с применением этого способа сварки, работают во всем диапазоне естественных климатических темпера тур, при сверхвысоких температурах и в условиях глубокого холода, в агрессивных средах и при давлениях значительно отличающихся от атмосферного.

Повышение производительности за счет автоматизации

Рис. 2. Автоматическая сварка плавящимся электродом Сварка под флюсом (Рис. 3) (в ГОСТ 9087-81 приведены различные марки сварочных флюсов и требования к ним) является самым распространенным способом механизированной дуговой сварки плавящимся электродом. При сварке под флюсом применяется электродная проволока 1 большой длины, свернутая на кассету или в бухту. Ее подача в зону дуги по мере плавления, а также перемещение вдоль свариваемых кромок механизированы и осуществляются сварочным автоматом, имеющим специальные устройства – бункер 2 для внесения в зону сварки флюса и отсоса 11 не расплавившейся его части 10 со шва для возврата в бункер. Перед началом процесса засыпают флюс вдоль свариваемых кромок деталей крепежа в виде валика толщиной 50–60 мм. Возникающая при включении автомата дуга 3 горит между концом электрода и изделием. Под действием тепла дуги плавятся электродная проволока 1, основной металл 4 и часть флюса 5. Дуга горит в закрытой полости 6 (газовом пузыре), ограниченной в верхней части оболочкой шлака, а в нижней – сварочной ванной 7. Полость заполнена парами металлов, флюса и газами. Возникающее статическое давление поддерживает флюсовый свод, который предотвращает разбрызгивание жидкого металла и нарушения в формировании шва. Расплавленный шлак обладает меньшей плотностью, чем у жидкого металла, поэтому всплывает на поверхность жидкого металла сварочной ванны и покрывает его плотным слоем. По мере поступательного движения электрода происходит затвердевание металлической и шлаковой ванн с образованием сварного шва 9, закрытого твердой шлаковой коркой 8. После сварки шлаковая корка удаляется с поверхности труб. Хороший контакт шлака и металлической поверхности, наличие изолированного от внешней среды пространства обеспечивают благоприятные условия для защиты, металлургической и тепловой обработки ванны и тем самым способствуют получению швов с высокими механическими свойствами. Весьма перспективным является применение ленты вместо электродной проволоки. Электродные ленты имеют обычно толщину до 2 мм и ширину до 40 мм. Горящая дуга перемещается поперек ленты, равномерно ее расплавляя. Изменяя формы ленты, можно существенно влиять на форму шва, изменяя его ширину и глубину проплавления в зависимости от качества и типа соединительного трубопровода. Сварку под флюсом осуществляют на постоянном и переменном токах. В данном случае роль сварщика, работающего со сварочным автоматом, сводится к настройке рабочих параметров режима, наблюдению за процессом и корректировке его с помощью пульта управления. Дуга, находящаяся под флюсом, невидима тем самым, исключая возможность визуального наблюдения за ходом процесса. В то же время это обеспечивает практическое отсутствие таких неблагоприятных факторов воздействия на сварщика, как излучение, сварочные аэрозоли и брызги

Влияние параметров режима сварки на форму шва
Увеличение значений параметров режима
Сварочного тока до 1500 А
от 22–24 до 32–34 от 34–36 до 50
Угла наклона электрода к вертикали:
Смещения электрода против вращения трубы: при наружной сварке при сварке изнутри
Смещения электрода по вращению трубы: при наружной сварке при сварке изнутри
при неизменной силе тока при неизменной подаче
1. Влияние каждого из параметров режима сварки оценивали при условии неизменности остальных параметров. 2. Условные обозначения: 0 - не меняется; + - незначительно увеличивается; - - незначительно уменьшается; + + - увеличивается; - - - уменьшается; Интенсивно увеличивается; - - - - интенсивно уменьшается.

Способ автоматической сварки под слоем флюса применяют при изготовлении в заводских условиях узлов, секций и других сборочных единиц трубопроводов из всех марок сталей. Его используют также при укрупнении сборочных единиц в монтажные блоки на строительно-монтажной площадке. Сваркой под флюсом сваривают поворотные вертикальные стыки труб и деталей трубопроводов диаметром 219 мм и более при толщине стенки не менее 7 мм. При автоматической сварке под флюсом стальных трубопроводов выполняют общие требования к сборке и сварке конструкций. Принимая во внимание специфические условия процесса сварки под флюсом, а также конструктивные особенности трубопроводов, сварку труб и трубных деталей рекомендуется проводить по предварительно наложенному варочному шву (корневому слою), т.е. применять комбинированный способ сварки. Специфические условия сварки кольцевых стыков трубных секций определяют существенные отличия технологии и техники выполнения автоматической сварки под флюсом в трассовых условиях от заводской сварки. Наиболее характерная особенность сварки на трубосварочных базах - необходимость сварки под флюсом поворотных стыков труб по разделке кромок, предназначенной для ручной дуговой сварки. При таких разделках кромок корневой слой шва необходимо выполнять ручной дуговой сваркой. Последующие слои шва сваривают под флюсом. По второму варианту разделка кромок с помощью специальных станков обрабатывается с целью увеличения притупления, что дает возможность применить двустороннюю автоматическую сварку под флюсом. Форма и размеры шва существенно зависят от основных параметров режима сварки. Качественная оценка влияния параметров режима на размеры и форму шва при сварке труб приведена в таблице 1. Хочется подвести итоги, обозначив все явные преимущества и недостатки автоматизированного вида приварки фланцев и деталей трубопровода. Преимуществами автоматической сварки перед ручной являются:

• Облегчение труда сварщика.
• Повышение производительности в 5–10 раз, а при сварке на больших токах (форсированные режимы) в 10–20 раз.
• Высокое качество и хорошее формирование швов; швы имеют большую прочность, пластичность и ударную вязкость.
• Угар и разбрызгивание металла составляет всего 1–3% от массы электродной проволоки. Сравните с 5% потерь при ручной сварке открытой дугой.
• Возможность сваривать металл значительной толщины (до 20 мм) без разделки кромок.
• Малый расход сварочной проволоки и электроэнергий и низкая общая стоимость сварки.

При этом приоритетной областью применения автоматической сварки под слоем флюса считаются:

• Изготовление металлических конструкции с большой протяженностью сварных швов прямолинейных или круговых с большой точностью подгонки деталей.
• Сварка конструкции из металла большой толщины.
• Производство ответственных конструкций, предназначенных для работы в условиях глубокого холода, высоких давлений, действий агрессивных жидкостей и газов.
• Массовое и крупносерийное производство однотипных изделий.
• Соединение деталей с толщиной от 2 до 100 мм проволокой диаметром от 1,6 до 6 мм, при сварочном токе от 150 до 2000А и напряжении на дуге от 25 до 46В.

При всем удобстве и современности, автоматическая сварка под флюсом имеет и ряд существенных недостатков, а именно:

• Нельзя вести сварку в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях в пространстве.
• Сварка неэффективна при коротких швах.
• Практически нельзя сваривать разнотолщинные и тонкие (менее 1,5 мм) заготовки.

Применение современного автоматизированного или традиционного ручного способа сварки каждый решает для себя сам, будь то частный сварщик, либо крупное предприятие. Хочется добавить лишь то, что серьезное предприятие, ориентированное на выпуск высококачественной продукции, обеспечение конкурентоспособной производительности и безопасности своих людей в настоящее время все больше использует автоматизированную сварку под слоем флюса. В ближайшем будущем сохранять свои лидирующие позиции на рынке сможет тот, у кого будет мобильное, эффективное, а главное, быстропереналаживаемое производство.

Статья в PDF http://www.s-ng.ru

Купить хороший сварочный инвертор, чтобы при этом чтобы можно было использовать на работе, дома и на даче, где и 220В то не всегда бывает — сложная задача. Постараемся в этом помочь.

Благодаря развитию инверторной технологии сварочные аппараты стали компактными, экономичными и удобными в работе даже для новичков. Благодаря этому встретить аппарат для ручной дуговой сварки или полуавтомат можно во многих гаражах и частных мастерских. Стабильный и высокий спрос на сварочные инверторы заставляет конкурирующих производителей постоянно совершенствовать свой модельный ряд, снижать цены и развивать фирменный сервис.

Критерии отбора

Выбрать лучший сварочный инвертор достаточно трудно - на рынке такое разнообразие, что захватывает дух. Но опытные сварщики не пытаются экспериментировать, обращаясь к продукции уже знакомых производителей. Выбирают только проверенные временем и собственной работой бренды. Ведь если производитель серьезный, то качество он держит всегда на высоком уровне - как в полупрофессиональных, так и в профессиональных аппаратах.

Поэтому перед покупкой нового инвертора, просматривают продукцию тех производителей, которая уже была в работе. Даже если не сами работали, то коллеги посоветуют. На основе многолетнего опыта сформировался список лидеров производителей сварочных инверторов, который и предлагаем вашему вниманию, взяв для сравнения аппараты «для работы и дома». То есть, которыми можно и зарабатывать, и с домашними делами справляться.

В зависимости от режима работы инверторы делятся на три категории:

• аппараты для ручной дуговой сварки (ММА);
• полуавтоматы (MIG/MAG);
• аппараты для аргоновой сварки (TIG).

1. Физические основы сварки

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.

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. : 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.

Широко применяют автоматическую сварку плавящимся электродом под слоем флюса. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности. При сварке под флюсом металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около2/3) и лишь примерно 1/3 за счет электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге. Сварка под слоем флюса производится голой электродной проволокой, которая с катушки подается в зону горения дуги сварочной головкой автомата, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равномерно покрывает шов, образуя твердую корочку шлака.

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. :

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:

Сопротивлением: в стыке происходит пластическая деформация и соединение образуется без расплавления металла (температура стыков 0,8-0,9 от температуры плавления).

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.

Таблица 1.4

Параметры машин для стыковой сварки

Тип машин	W,(кВА)	U раб,(В)	Сварок в час.	F,(кН)

Обозначения столбцов: W - мощность машины, Uраб - рабочее напряжение, производительность, F - усилие сжатия свариваемых деталей, S - площадь свариваемой поверхности.

Температура нагрева и сжимающее давление при стыковой сварке взаимосвязаны. Как следует из рис. 1.28, усилие F значительно уменьшается с ростом температуры нагрева заготовок при сварке.

Шовная контактная сварка.

Разновидность контактной сварки, при которой соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва. При шовной сварке образование непрерывного соединения (шва) происходит последовательным перекрытием точек друг за другом, для получения герметичного шва точки перекрывают друг друга не менее чем на половину их диаметра. На практике применяется шовная сварка:

Непрерывная;

Прерывистая с непрерывным вращением роликов;

Прерывистая с периодическим вращением.

Рис. 1.28.

Шовная сварка применяется в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Осуществляется на переменном токе силой (2000-5000) А. Диаметр роликов равен (40-350) мм, усилие сжатия свариваемых деталей достигает 0,6 т, скорость сварки составляет (0,53,5) м/мин.

Точечная контактная сварка.

При точечной сварке соединяемые детали обычно располагаются между двумя электродами. Под действием нажимного механизма электроды плотно сжимают свариваемые детали, после чего включается ток. За счёт прохождения тока свариваемые детали быстро нагреваются до температуры сварки. Диаметр расплавленного ядра определяет диаметр сварной точки, обычно равный диаметру контактной поверхности электрода.

В зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым деталям точечная сварка может быть двусторонней и односторонней.

При точечной сварке деталей разной толщины образующееся несимметричное ядро смещается в сторону более толстой детали и при большом различии в толщине не захватывает тонкой детали. Поэтому применяют различные технологические приёмы, обеспечивающие смещение ядра к стыкуемым поверхностям, усиливают нагрев тонкого листа за счёт накладок, создают рельеф на тонком листе, применяют более массивные электроды со стороны толстой детали и др.

Разновидностью точечной сварки является рельефная сварка, когда первоначальный контакт деталей происходит по заранее подготовленным выступам (рельефам). Ток, проходя через место касания всех рельефов с нижней деталью, нагревает их и частично расплавляет. Под давлением рельефы деформируются, и верхняя деталь становится плоской. Этот способ применяют для сварки деталей небольших размеров. В табл. 1.5 приведены характеристики машин для точечной сварки.

Таблица 1.5

Характеристики машин для точечной сварки

Тип машины	W,(кВА)	U раб,(В)	D,(мм)	F,(кН)	Сварок в час

Обозначения столбцов: W - мощность машины, ираб - рабочее напряжение, D - диаметр электрода, F - усилие сжатия свариваемых деталей, сварок в час - производительность.

Точечная конденсаторная сварка.

Одним из распространенных видов контактной сварки является конденсаторная сварка или сварка запасённой энергией, накопленной в электрических конденсаторах. Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения (генератора или выпрямителя), а затем в процессе разрядки преобразуется в теплоту, используемую для сварки. Накопленную в конденсаторах энергию можно регулировать изменением ёмкости конденсатора (С) и напряжения зарядки (U). 

Существует два вида конденсаторной сварки:

Бестрансформаторная (конденсаторы разряжаются непосредственно на свариваемые детали);

Трансформаторная (конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора, во вторичной цепи которого находятся предварительно сжатые свариваемые детали).

Принципиальная схема конденсаторной сварки приведена на рис. 1.29.

Рис. 1.29. : Тр - повышающий трансформатор, В - выпрямитель, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - сопротивление свариваемых деталей, К - ключ- переключатель

В положении переключателя 1 конденсатор заряжается до напряжения U0. При переводе переключателя в поз. 2 конденсатор разряжается через контактное сопротивление свариваемых деталей. При этом возникает мощный импульс тока.

Напряжение с конденсатора подается на заготовку через точечные контакты площадью ~ 2 мм. Возникающий при этом импульс тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца разогревает область контакта до рабочей температуры сварки. Для обеспечения надежного прижимания свариваемых поверхностей через точечные электроды на детали передается механическое напряжение порядка 100 МПа.

Основное применение конденсаторной сварки состоит в соединении металлов и сплавов малых толщин. Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность.

Для определения эффективности сварки оценим максимальную температуру в области контакта свариваемых деталей (Тmax).

Ввиду того что длительность импульса разрядного тока не превышает 10 -6 с, расчет проведен в адиабатическом приближении, то есть пренебрегая теплоотводом из области протекания тока. 

Принцип контактного нагрева деталей представлен на рис. 1.30.

Рис. 1.30.: 1 - свариваемые детали толщиной d = 5*10 -2 см, 2 - электроды площадью S= 3*10 -2 см, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - контактное сопротивление

Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность, которая составляет (0,1-0,2) кВА. Продолжительность импульса сварочного тока - тысячные доли секунды. Диапазон свариваемых толщин металла находится в пределах от 0,005 мм до 1 мм. Конденсаторная сварка позволяет успешно соединять металлы малых толщин, мелкие детали и микродетали, плохо различимые невооруженным глазом и требующие при сборке применения оптических приборов. Этот прогрессивный способ сварки нашел применение в производстве электроизмерительных приборов и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов и т.д.

Холодная сварка .

Соединение заготовок при холодной сварке осуществляется путем пластического деформирования при комнатной и даже при отрицательных температурах. Образование неразъемного соединения происходит в результате возникновения металлической связи при сближении соприкосающихся поверхностей до расстояния, при котором возможно действие межатомных сил, причем в результате большого усилия сжатия пленка окислов разрывается и образуются чистые поверхности металлов. 

Свариваемые поверхности должны быть тщательно очищены от адсорбированных примесей и жировых пленок. Холодной сваркой могут быть выполнены точечные, шовные и стыковые соединения.

На рис. 1.31 представлен процесс холодной точечной сварки. Листы металла (1) с тщательно зачищенной поверхностью в месте сварки помещают между пуансонами (2), имеющими выступы (3). Пуансона сжимают с некоторым усилием Р, выступы (3) вдавливаются в металл на всю их высоту, пока опорные поверхности (4) пуансонов не упрутся в наружную поверхность свариваемых заготовок.

Рис. 1.31.

Холодной сваркой выполняют соединения проволок, шин, труб внахлест и встык. Давление выбирают в зависимости от состава и толщины свариваемого материала, в среднем оно составляет (1-3) ГПа.

Индукционная сварка.

Этим способом преимущественно сваривают продольные швы труб в процессе их изготовления на непрерывных станах и наплавляют твердые сплавы на стальные основания при изготовлении резцов, буровых долот и другого инструмента.

При этом способе металл нагревается пропусканием через него токов высокой частоты и сдавливается. Индукционная сварка удобна тем, что она бесконтактна, токи высокой частоты локализуются вблизи поверхности нагреваемых заготовок. Подобные установки работают следующим образом. Ток высокочастотного генератора подводится к индуктору, который индуцирует вихревые токи в заготовке, и труба разогревается. Станы подобного типа успешно применяют для изготовления труб диаметром (12-60) мм со скоростью до 50 м/мин. Питание током производится от ламповых генераторов мощностью до 260 кВт при частоте 440 кГц и 880 кГц. Изготавливаются так же трубы больших диаметров (325 мм и 426 мм) с толщиной стенки (7-8)мм, со скоростью сварки до (30-40) м/мин.

Особенности сварки различных металлов и сплавов

Под свариваемостью понимают способность металлов и сплавов образовывать соединение с теми же свойствами, что и свариваемые металлы, и не иметь дефектов в виде трещин пор, каверн и неметаллических включений.

При сварке почти всегда возникают остаточные сварочные напряжения (как правило, растягивающие в шве и сжимающие в основном металле). Для стабилизации свойств соединения необходимо снизить эти напряжения.

Сварка углеродистых сталей.

Электродуговая сварка углеродистых и легированных сталей ведется электродными материалами, обеспечивающими необходимые механические свойства. Основная трудность при этом заключается в закалке околошовной зоны и в образовании трещин. Для предупреждения образования трещин рекомендуется:

1) производить подогрев изделий до температур (100-300) 0С;

2) заменять однослойную сварку многослойной;

3) применять электроды с покрытием (сварку ведут на постоянном токе обратной полярности);

4) производить отпуск изделия после сварки до температуры 300 0С.

Сварка высокохромистых сталей.

Высокохромистые стали, содержащие (12-28) % Cr, обладают нержавеющими и жаропрочными свойствами. В зависимости от содержания хрома и углерода высокохромистые стали по структуре делятся на ферритовые, ферритно- мартенситные и мартенситные.

Трудности при сварке ферритовых сталей связаны с тем, что в процессе охлаждения в области 1000 0С возможно выпадение на границах зерен карбида хрома. Это снижает коррозионную стойкость стали. Для предотвращения указанных явлений необходимо:

1) применять пониженные значения тока с целью обеспечения больших скоростей охлаждения при сварки;

2) вводить в сталь сильные карбидообразователи (Ti,Cr, Zr, V);

3) производить отжиг после сварки при 900 0С для выравнивания содержания хрома в зернах и на границах.

Феррито-мартенситные и мартенситные стали рекомендуется сваривать с подогревом до (200-300) 0С.

Сварка чугуна.

Сварка чугуна производится с подогревом до (400-600) 0С. Сварку ведут чугунными электродами диаметром (8-25) мм. Хорошие результаты дает диффузионная сварка чугуна с чугуном и чугуна со сталью.

Сварка меди и ее сплавов.

На свариваемость меди негативное влияние оказывают примеси кислорода, водорода, свинца. Наиболее распространена газовая сварка. Перспективна дуговая сварка угольными и металлическими электродами.

Сварка алюминия.

Сварке препятствует оксидная пленка Al2O3. Только применение флюсов (NaCl, RCl, LiF) позволяет растворить оксид алюминия и обеспечить нормальное формирование сварного шва. Хорошо сваривается алюминий диффузионной сваркой.