Виды сварки плавлением: технологии, применение

О чем речь? Виды сварки плавлением – методы соединения металлов за счет расплавления кромок деталей с последующей кристаллизацией общего шва. К этой группе относятся наиболее распространенные технологии, обеспечивающие высокую прочность соединения.

Какие виды? Самые распространенные виды сварки плавлением – дуговая (MMA, TIG, MIG/MAG), газовая, электрошлаковая и лазерная. Каждая из технологий имеет специфические параметры применения и требует особого оборудования.

Технология сварки плавлением

При сварке плавлением, чтобы соединить металлические детали и сформировать надежный шов, их кромки доводят до температуры расплава.

Основные этапы любого вида сварки плавлением:

• Подготовка металла до начала сварочных работ.

Нужно избавиться от загрязнений, окислов, прочих примесей, находящихся на поверхности деталей. От их чистоты зависит качество будущего соединения.

Фото: ashvets / freepik.com

• Обеспечение электрической дуги.

Подавляющее большинство видов сварки плавлением предполагает нагрев металла при помощи дуги, которая находится между металлическими деталями и сварочным инструментом, электродом.

• Плавление металла деталей.

Высокая температура, обеспечиваемая электрической дугой или иными способами, позволяет перевести металл в жидкое состояние.

• Формирование сварного шва.

Расплавленные кромки деталей сливаются, создавая сварной шов.

• Защита, снижение температуры металла.

Все работы проводятся в среде защитного газа либо может использоваться покрытие. Это важно, чтобы защитить шов от воздействия окислов, атмосферных газов. Когда сварка закончена, металл остывает, а соединение становится надежным и крепким.

• Контроль качества, проверка.

Контрольные и тестовые процедуры позволяют удостовериться, что работа выполнена с учетом всех норм. Специалисты оценивают размеры, проводят визуальный осмотр и испытания изделия на прочность.

Сварка плавлением предполагает использование разных методов, благодаря которым удается обрабатывать многие виды металлов и формировать надежные швы.

Технология активно применяется во всех областях, где требуется высокая прочность соединения металлических деталей, например, разные виды сварки плавлением используются в промышленности, строительстве.

Основные виды сварки плавлением

Принято выделять следующие разновидности сварки плавлением:

Электродуговая

В основе электродуговой сварки и ряда других видов сварки плавлением лежит использование электрической дуги для нагревания металла до температуры расплава. Ток пропускают через электрод и поверхность изделия, формируя дугу. В месте нагрева появляется сварочная ванна, то есть расплавленный материал заготовки в сочетании с сырьем присадки и наконечника электрода.

Получившийся сплав превращается в сварной шов, как только на него перестает воздействовать высокая температура.

Выделяют разные типы электродуговой сварки с учетом:

• Вида тока, который может быть переменным, постоянным, пульсирующим. Также принимают во внимание наличие прямой или обратной полярности.
• Типа электрода – он бывает плавящимся и неплавящимся.
• Уровня механизации: существуют ручная сварка, сварка полуавтоматом и автоматом.
• Вида дуги. Чаще всего используется дуга прямого действия, которая располагается между металлом и электродом. Однако мастер может сделать выбор в пользу косвенной, находящейся между двумя электродами. Кроме того, дуга бывает комбинированной.
• Способа защиты рабочей зоны. Не допустить контакта горячего металла с внешней средой позволяют инертный газ, флюс и электроды с покрытием.

Фото: bannafarsai / freepik.com

При выборе электродов и материалов присадки учитывают их состав – он должен подходить под состав металла заготовок.

Аргонодуговую

При данном виде сварки плавлением ключевую роль играет аргон. Этот газ инертен, в его среде невозможны какие-либо химические реакции. Он тяжелее воздуха, вытесняет остальные химические элементы и является проводником для тока.

Электрическую дугу создают между заготовкой и неплавящимся вольфрамовым электродом. Газ подается в рабочую зону через сопло горелки.

Обычно говорят о таких видах аргонодуговой сварки плавлением, как:

• Ручная, при которой сварщик перемещает горелку вдоль будущего шва, подает присадку. В таком случае единственные допустимые электроды – это неплавящиеся проводники из вольфрама.
• Полуавтоматическая, предполагающая, что мастер задает траекторию горелки, а автоматика подает проволоку.
• Автоматическая, когда все задачи выполняют сварочные машины. От того, насколько сложная техника выбрана для проведения работ, зависит сложность шва. Качество сварки постоянно отслеживается специалистами.
• Роботизированной, выполняется роботами под контролем людей. Метод используется на многих массовых производствах, в том числе при изготовлении автомобилей.

Данный вид сварки плавлением используется:

• при производстве, ремонте автомобилей;
• в судостроении;
• в машиностроении, при создании инженерных систем;
• при проведении художественных работ по металлу, например, при создании чугунных изделий.

В среде аргона выполняют сварку титана, низко- и высокоуглеродистой стали, нержавейки, а также меди, чугуна, алюминия.

Преимущества этого метода:

• Позволяет сваривать разные виды металлов.
• Обеспечивает высокую скорость работы благодаря сильному нагреву дуги.
• Не требует слишком сильного нагревания, а значит, параметры деталей остаются неизменными.

Минусы этого вида сварки плавлением:

• Предполагает работу в закрытых помещениях, так как газовая среда боится ветра, сквозняков. В противном случае страдает качество шва.
• Необходимо использовать сложное оборудование.
• Не получится обойтись без дополнительного охлаждения заготовок, если сварка ведется с использованием высокоамперной дуги.
• Метод подходит только сварщикам с высокой квалификацией.

Контактную

При этом термомеханическом виде сварки плавлением металл подвергают воздействию тока и параллельно сжимают, обеспечивая его пластическую деформацию. Далее изделие остужают, а в месте обработки получается твердая спайка.

Область использования данной технологии:

• Авиационная промышленность, машиностроение, то есть сферы, предполагающие массовое изготовление однотипных элементов конструкций.

Среди разновидностей контактной сварки выделяют:

• Электродуговую. Она является основным видом сварки плавлением, который требует применения электрической дуги. Последняя образуется между изделием и электродом, подключенными к источнику тока и находящимися друг от друга на расстоянии не более 5 мм. При таких условиях создается стабильная дуга температурой +5000 °С, способная плавить кромки металла.
• Ручная дуговая сварка. Дуга формируется между изделием и концом электрода в держателе. Сварщик управляет сварочным аппаратом и сам выбирает характеристики шва, глубину, на которую плавится металл.
• Полуавтоматическая. Роль электрода в данном виде сварки плавлением играет проволока, которая автоматически подается через горелку. Дуга образуется между концом прута и обрабатываемым металлом. Задача сварщика – управлять горелкой.
• Сварка под флюсом. В рабочую зону подается флюсовый материал. Он плавится, выделяя газ, вытесняющий воздух и защищающий металл от окисления. Дуга загорается между металлической деталью и прутом-электродом. Существует несколько видов флюса – разница между ними состоит в доле кремния в составе. Определенный состав подбирают под обрабатываемый сплав.

Фото: cookie_studio / freepik.com

• Точечную. В данном случае детали свариваются в одной и более точках. Качество соединения определяется размерами, формой электродов, а также силой тока, сжатия и уровнем предварительной подготовки обрабатываемых поверхностей. Используется в авто-, судо-, авиастроении при работе с металлическими конструкциями, имеющими толщину не более 20 мм.
• Рельефную. Необходима, чтобы соединять детали в точках, расположенных на заранее подготовленных рельефных выступах. Позволяет приваривать проволоку к тонким элементам, небольшие детали – к металлическим листам, что важно для сферы радиоэлектроники и машиностроения.
• Шовную. Предполагает формирование швов между заготовками и осуществляется на станках с роликовыми электродами. При помощи данного вида сварки плавлением скрепляют листы толщиной в пределах 3 мм. Технологию задействуют при производстве труб и емкостей, а также в сфере автомобилестроения, электротехники.
• Стыковую. Метод требует оплавления и соединения элементов с применением сжатия. Подходит для работ в сфере судостроения, для нужд железной дороги.
• Сварку с расплавлением кромок деталей и без него в зависимости от агрегатного состояния металла в области обработки.

Разные виды и способы сварки плавлением дают следующие возможности:

• Быстрая обработка и получение высоких показателей производительности. Так, за минуту точечной сваркой удается сделать до 600 точек – подобная скорость позволяет избежать деформации металла.
• Изготовление конструкций, имеющих практически любое сечение, толщину. При подобной обработке металл хорошо плавится, при этом он защищен от контакта с окружающей средой. Даже при сварке разных материалов готовые изделия обладают отличными механическими свойствами и проводят электрический ток.
• Автоматизация.
• Обеспечение безопасности сварщика и нормальных гигиенических условий. Требования к уровню подготовки мастера остаются достаточно низкими.
• Экономия на электродах, поскольку наблюдается их незначительный износ.

Минусы:

• Швы, полученные при помощи точечной сварки, уступают по уровню герметичности местам соединений, созданным электродным методом.
• Есть риск слишком высокого напряжения тока в зоне выполнения точечной сварки.

Перед свариванием заготовки моют, сушат, удаляют с них загрязнения. Далее металл подвергают пассивации, то есть создают защитный слой, чтобы не допустить последующей коррозии, появления окислов.

Далее обработку выполняет техника: при помощи тока она нагревает материал, а далее механически сжимает его в месте соединения деталей. В некоторых случаях машины могут выполнять подготовку заготовок и остужать их.

Высокотехнологичные виды сварки плавлением

Электронно-лучевой вид сварки плавлением

Метод предполагает применение кинетической энергии концентрированного потока отрицательно заряженных частиц, имеющих большую скорость движения. В сварочной камере создается высокий вакуум, позволяющий сохранить, насколько это возможно, уровень кинетической энергии электронов. Кроме того, такие условия необходимы, чтобы обеспечить химическую и тепловую защиту катода и обрабатываемых деталей.

В фокусирующей головке находится раскаленный вольфрамовый катод – именно из него исходит поток электронов. На поток действует высокое напряжение в пределах 30–100 кВ, возникающее между катодом и ускоряющим электродом или анодом, за счет чего движущейся массе сообщается значительная кинетическая энергия. При помощи магнитной линзы она приобретает форму узкого луча, а магнитная отклоняющая система направляет ее к месту сварки. 

Для работы установки нужен высоковольтный источник постоянного тока.

Плазменный вид сварки плавлением

Для нагрева металла используется сжатая дуга. Материал сваривается при помощи струи ионизированного газа или плазмы, содержащей заряженные частицы и проводящей электрический ток. Плазменная струя может быть прямого или косвенного действия. В качестве плазмообразующего газа выбирают аргон, азот или водород. Также при данном методе используются вольфрамовые электроды.

Газ поступает в сопло плазмотрона и сжимает столб дуги между электродом и обрабатываемыми деталями. В результате температура столба дуги повышается, вызывая ионизацию газа.

Струя плазмы имеет температуру в пределах +10 000…+20 000 °К и подходит для соединения заготовок из тугоплавких сплавов, металлов и неметаллических материалов, неспособных проводить электрический ток. Определяющими факторами для характеристик дуговой плазменной струи являются сварочный ток, напряжение, расход газа, скорость обработки деталей, пр. Источники питания дуги должны иметь рабочее напряжение свыше 120 В.

В некоторых случаях с этой целью могут использовать более дешевый газ – его подают отдельной струей в рабочую зону. Он обладает более низкой температурой и помогает охладить сопло плазмотрона либо для этого предусматривают водяное охлаждение.

Лазерный вид сварки плавлением

Усиление светового луча при помощи лазерного генератора позволяет ему плавить металл. В рубиновом лазере используется искусственный рубиновый кристалл в кварцевой трубке. Последняя наполнена ксеноном и является спиральной газоразрядной лампой. Замыкание выключателя приводит к разряду высоковольтного конденсатора, что вызывает вспышку света в кварцевой лампе.

Таким образом рубиновый кристалл испускает импульс мощного светового луча – импульсы фокусируются и направляются в зону обработки материала. Если детально рассматривать сварной шов, то он состоит из точек, которые последовательно перекрывают друг друга.

Контроль качества некоторых видов сварки плавлением

Иногда сварка металлических изделий предполагает повышенный уровень ответственности и предельно строгий контроль. Существуют детали, с которыми невозможно работать по стандартной схеме – приходится прибегать к индивидуальному подходу и дополнительно готовиться к обработке. При сваривании, например, больших труб значительной толщины шов накладывают в несколько слоев.

Фото: Bo Bo / unsplash.com

При любом виде сварки плавлением самым надежным методом проверки качества является рентгеновский снимок. На нем видны рыхлость, присутствие шлака или инородных вкраплений, а также прожоги, подрези, места с недостаточным проваром.

Прежде чем приступать к сварочным работам, с заготовок удаляют оксиды, загрязнения. Далее элементы изделия стыкуют при помощи центраторов, чтобы добиться максимальной точности. На следующем этапе сушат прутки-электроды, которые играют роль присадки. Режим для выполнения сварочных работ выбирают, исходя из характеристик изделия.

На первом этапе сварки создают необходимое количество точек-прихваток с учетом диаметра детали. Далее нужно зачистить стык – это позволяет мастеру заметить корневые дефекты и вовремя их устранить. Когда шов готов, заполняется место соединения деталей. В завершение сварщик формирует облицовочный слой.

Проверить качество работы позволяет вакуумный сосуд с тремя электродами. Прежде чем его использовать, специалисты подготавливают выбранный участок сварки. Далее сосуд испускает рентгеновские лучи на нужный отрезок шва.

Плотная поверхность металла поглощает часть лучей, тогда как остальные возвращаются и проявляются на пленке – чем больше их будет зафиксировано на пленке, тем больше пустот и дефектов в месте соединения.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Изображение в шапке статьи: funfunphoto / freepik.com