Сварка – это получение неразъемных соединений путем нагрева и расплавления кромок соединяемых деталей. Если раньше ей подвергали только металлы, то сегодня таким методом соединяют и другие материалы, например, пластмассу.
Можно говорить о том, что сварное соединение – это то, которое было получено путем плавления или сварки давлением. Безусловно, есть огромное количество методов получения необходимого результата. К примеру, существует такой элемент, как электрическая дуга, именно с ее помощью и осуществляется сварка. Способы сварки есть самые различные, мы постараемся все их рассмотреть.
Немного истории. Классификация
Ковка металла – первый сварочный процесс. Необходимость в ремонте металлических изделий, а также создание более совершенных деталей стало предпосылкой к освоению сварочных процессов. Так, в 1800-1802 годах была открыта электрическая дуга. С ней делали различные эксперименты. В конце концов люди научились делать сварные соединения посредством электрической дуги. На территории России активно ведется подготовка квалифицированных сварщиков, постоянно разрабатываются новые технологии, принципиально иные подходы и т.п. Ярким примером отличной теоретической и практической базы является учебный институт имени Баумана.
В настоящее время существует порядка 150 методов, по которым осуществляется сварка. Способы сварки разделяются по физическим, техническим, а также технологическим признакам. Так, по физическим показателям можно выделить три большие группы:
- Термический – это вид сварки, осуществляемой при использовании тепловой энергии. Сюда можно отнести газовую, дуговую, лазерную и др. сварку.
- Термомеханический – вид сварки, подразумевающей использование не только тепловой энергии, но и давления. Это может быть контактное, диффузионное, кузнечное соединение и т.п.
- Механический вид сварки. В таких случаях используется механическая энергия. Наиболее широко распространена холодная сварка, взрывом, трением и др.
Каждый отдельно взятый вид отличается затратами энергии, экологичностью, а также оборудованием, которое используется во время работы.
Газопламенная сварка
В данном случае основным источником тепла выступает пламя, которое выделяется в результате сгорания топлива в смеси с кислородом. На сегодняшний день известно более десятка газов, которые могут быть использованы. Самые популярные – это ацетилен, МАФ, пропан и бутан. Выделяемое тепло плавит поверхности вместе с присадочным материалом.
Оператор регулирует характер пламени. Оно может быть окислительным, нейтральным или восстановительным, что зависит от количества кислорода и газа в смеси. В последние годы активно используется МАФ, который обеспечивает не только высокую скорость сварки, но и отличное качество шва. Но в это же время необходимо использовать более дорогостоящую проволоку с большим содержанием марганца и кремния. На сегодняшний день это самая актуальная смесь для газовой сварки, что обусловлено безопасностью и высокой температурой сгорания в кислороде (2430 градусов по Цельсию).
Многое зависит от состава металла, который планируется сваривать. Так, в зависимости от этого параметра выбирается количество присадочных прутков, а при учете толщины металла – их диаметр. При тщательной предварительной подготовке получается идеальная сварка.
Все способы сварки (газовой) имеют общую черту, которая заключается в плавном нагреве поверхности. Вот почему они подходят для работы со стальными листами в 0,5-5 мм, цветными металлами, а также с инструментальной сталью и чугуном.
Давайте более подробно рассмотрим некоторые способы газовой сварки. Их довольно много.
Левая, правая и сквозная сварка
При толщине листа не более 5 мм чаще всего используют левый вид газовой сварки. Соответственно, горелка перемещается справа налево, а присадочный прут находится впереди. Пламя направляется от шва и хорошо прогревает обрабатываемое место и присадочную проволоку. Техника изменяется в зависимости от толщины металла. Если лист меньше 8 мм, то горелка продвигается только вдоль шва. Если же больше 8 мм, то необходимо попутно выполнять колебательные движения в поперечном направлении для улучшения качества шва. Преимущество левого способа заключается в том, что оператор хорошо видит обрабатываемое место, и он может обеспечить равномерность.
Принципиальное отличие правой сварки в том, что она более экономична. Обусловлено это тем, что пламя горелки направлено не от шва, а к нему. Такой подход позволяет сварить металлы максимальной толщины, при этом угол раскрытия кромок небольшой. Горелка двигается слева направо, а за ней идет присадочный прут.
Конечно, если рассматривать способы газовой сварки, то обязательно стоит упомянуть о сварке сквозным валиком. Применяется она тогда, когда нужно получить вертикальное стыковое соединение. Суть заключается в том, что в нижней части стыка делается небольшое сквозное отверстие. При перемещении горелки верхняя часть отверстия плавится, а когда вводится присадка, заваривается нижняя часть. Когда толщина листа слишком большая, работа ведется с обеих сторон и выполняется двумя операторами.
Ванный способ сварки арматуры
Многие из нас знакомы с арматурой, которая активно используется в монолитно-каркасном строительстве. Ее применяют в блоках перекрытия, сваях и т.п. Давайте детально рассмотрим особенности такой сварки. Чаще всего она используется для горизонтальных стержней. Суть метода заключается в том, что в месте стыка заваривается стальная форма. Затем в ней создается ванна расплавленного металла за счет теплоты дуги. Получается так, что торцы свариваемой арматуры плавятся и образуют общую ванну. Соответственно, при остывании образуется полноценное соединение.
Но перед началом ванной сварки необходимо подготовить стержни. Делается это следующим образом: поверхности, а также торцы зачищаются, при этом удаляется любой вид загрязнения, например, ржавчина, окалина и грязь. Для этого подойдет щетка по металлу. Кстати, важно зачищать арматуру на длину 30 мм в месте сварки. Стержни устанавливаются соосно. При этом зазор не должен превышать полтора диаметра электрода (в месте торца).
Процесс протекает под большими токами. К примеру, при электроде в 6 мм сварочный агрегат работает при токе в 450 Ампер. Если речь идет о низких температурах, то ток увеличивают на 10-12%. Кроме того, работа может быть выполнена сразу несколькими электродами. Стоит обратить внимание на то, что данный метод позволяет снизить трудоемкость процесса, себестоимость изделия, а также расход электроэнергии. На сегодняшний день ванный способ сварки арматуры является самым популярным и надежным. Это обусловлено низким потреблением электроэнергии и высоким качеством соединения.
Сварка давлением (пластическая)
Для получения шва высокого качества используются специальные устройства, вызывающие деформацию обрабатываемых поверхностей, которые должны быть предварительно зачищены. В результате образуется монолитное и довольно прочное соединение. Существуют различные виды и способы сварки (пластической). В настоящее время их три: точечная, шовная и стыковая.
Холодной сваркой можно соединять такие материалы, как медь, свинец, алюминий, кадмий, железо и др. Наиболее предпочтительной пластическая сварка является тогда, когда необходимо выполнять работы с разнородными материалами, которые довольно чувствительны к нагреву.
Безусловно, нельзя не отметить, что основное и главное преимущество сварки давлением заключается в том, что не нужно подключать мощный источник электроэнергии для предварительного нагрева поверхности. Кроме того, шов, полученный таким образом, является не только прочным, но и однородным, а также устойчивым к коррозии. Тем не менее, есть и некоторые недостатки. Заключаются они в том, что работать можно только с металлами высокой пластичности. Если одни способы сварки труб могут быть применены, то другие – нет, и приходится использовать плавление. Это касается водопроводов и газовых магистралей.
Классификация способов сварки. Продолжение
Сам по себе процесс протекает следующим образом. Детали, которые необходимо соединить, устанавливают в непосредственной близости друг к другу. После этого подводится мощный источник тепла, который плавит соединяемые детали.
Расплавленный металл (без каких-либо дополнительных механических воздействий) добавляется в общую сварочную ванну. Когда источник тепла удаляют от места сварки, шов охлаждается, и наплавленный металл образует весьма прочное соединение. Основная проблема заключается в том, что источник тепла должен обладать высокой мощностью и температурой. К примеру, для работы со сталью, медью или чугуном необходимо устройство с температурой в 3 тысячи градусов по Цельсию. Если целенаправленно понизить этот показатель, то производительность сварки резко упадет, и процесс станет неэффективным.
- Дуговая сварка. В качестве источника тепла используется электрическая дуга, которая горит между электродом и свариваемой поверхностью.
- Плазменная сварка. Источник тепла – сжатая электрическая дуга. Через нее с большой скоростью (сверхзвуковой) продувается газ, который приобретает свойства плазмы.
- Электрошлаковая – металл нагревается от расплавленного флюса, через который протекает электрический ток.
- Электронно-лучевая сварка – нагрев осуществляется от кинематической энергии электронов. Они движутся в вакууме под воздействием электрического поля.
- Лазерная сварка производится путем нагрева металла через оптический луч квантового генератора. При этом диапазон излучения может быть световым или инфракрасным.
- Газовая сварка – плавление обрабатываемой поверхности за счет сгорания газово-кислородной смеси.
Дуговая сварка и ее виды
На сегодняшний день наиболее важной для многих отраслей промышленности является электрическая дуговая сварка. Если подсчитать количество действующих установок, занятость среди специалистов, а также число продукции, то такой способ получения высококачественных швов лидирует по всему миру. Давайте рассмотрим основные способы дуговой сварки. На сегодняшний день их несколько.
Наиболее распространенной является автоматическая сварка. Суть ее заключается в том, что некоторые движения оператора автоматизируются. Например, подача электрода и его перемещение вдоль шва осуществляются без участия человека (в отличие от полуавтоматического режима). Такой подход хорош тем, что качество шва и производительность несколько увеличиваются, а травмоопасность понижается. Зачастую используется защитный газ, который нужен для предотвращения азотирования и окисления сварного соединения во время выполнения работ.
Более подробно о ручной дуговой сварке
Мы уже рассмотрели в общих чертах принцип получения сварного соединения в ручном режиме. Давайте разберемся в этом вопросе более подробно. На сегодняшний день существуют способы ручной дуговой сварки, каждый из которых уникален по-своему. Например, в процессе могут быть использованы различные электроды: плавящиеся и неплавящиеся. Если выбирается второй вид, то соединение шва осуществляется следующим образом: кромки прикладывают друг к другу, а графитовый или угольный электрод подносят к обрабатываемой поверхности и создают дугу. В результате образуется ванночка, которая через некоторое время затвердевает и образует сварной шов. Данный метод наиболее актуален для работы с цветными металлами и их сплавами, а также используется для наплавки.
Еще один способ заключается в использовании плавящегося электрода со специальной обмазкой. Такой метод можно назвать классическим, если вести речь о ручной сварке, так как он наиболее распространен и используется довольно давно. Единственное отличие от вышеописанного способа заключается в том, что электрод плавится вместе с поверхностью. В итоге получается общая ванночка, которая застывает после удаления дуги и образует высококачественный сварной шов. Выбор способа сварки зависит от конкретной ситуации, материала, его состава и много другого.
Несколько важных моментов
Мы рассмотрели основные способы сварки. Их условно разделяют на три большие группы: холодная, горячая и газовая. Однако стоит заметить, что иногда используются особые способы получения шва. Нужно это тогда, когда речь идет о химически активных металлах и их сплавах. Кстати, такие материалы все чаще используются в строительстве для возведения ответственных узлов. В таких случаях работы выполняются при низком содержании кислорода и азота в воздухе, а источник должен быть с высокой температурой. Ярким примером является плазменная, а также лучевая сварка. Во втором случае источник луча похож на кинескоп и имеет напряжение порядка 30-100 кВ.
Куда сложнее и интереснее с точки зрения получения качественного соединения плазменная сварка. С ее сутью мы уже немного разобрались. В процессе есть такие ключевые особенности, как проводимость электрического тока плазмой. Газ, образующий плазму, помимо основной своей задачи еще и защищает шов от окислительных процессов и азотирования. Можно с уверенностью говорить, что это достойный внимания метод, однако есть и некоторые ограничения. К примеру, источник питания должен иметь напряжение более 120 В, да и установка весьма дорогостоящая и сложная.
Заключение
Вот мы и разобрались с тем, что такое сварка. Способы сварки есть различные. В большинстве случаев перед оператором стоит задача получить не только качественный, но и прочный шов, который будет выдерживать механические воздействия в течение длительного времени. Для этого существуют различные способы сварки электродом, например, плавящимся или нет. Кроме того, технология может отличаться в зависимости от техники мастера. Кому-то удобно выполнять работу левой сваркой, кому-то – правой.
Даже элементарные способы сварки арматуры должны выполняться по инструкции. Согласитесь, будет не очень приятно, если перегородка завалится только потому, что сварщик схалтурил и решил немного сэкономить.
На сегодняшний день все большее распространение получают сложные и дорогостоящие виды получения соединения. Обусловлено это некоторыми факторами. Во-первых, технический прогресс приводит к тому, что далеко не всегда можно использовать кузнечную сварку из-за хрупкости конструкции. Во-вторых, стараются получить высокое качество шва, который не разрушался бы при длительных динамических и вибрационных нагрузках. Этого добиться несложно, особенно если учитывать, что удары и вибрация – самые главные враги сварного соединения. Но современная сварка (способы сварки) постоянно совершенствуется, разрабатываются всё новые подходы к укреплению и получению прочных и качественных стыков.
