Способы сварки плавлением

Чтобы из листов металла, труб или проката сделать конструкцию, способную прослужить длительное время и не выйти из строя под воздействием внешних факторов, их необходимо скрепить между собой надёжным способом. Таковым методом является сварка. Говоря простыми словами, процесс сварки металлоконструкций заключается в нагреве двух концов металлических элементов и последующем их соединении с целью смешения расплавленного металла. Так получается крепкая молекулярная решётка.

Аргонодуговая сварка

Аргон – инертный газ, не допускающий химических реакций в своей среде. Этот газ тяжелее воздуха и вытесняет другие химические элементы, а также проводит электрический ток.

В процессе сварки аргоном дуга зажигается между изделием и неплавящимся вольфрамовым электродом и нагревается до нужной температуры. Колебания электрода контролирует сварочная ванна, с помощью которой можно выбрать быстроту и глубину обработки, размеры шва. Присадочная проволока заплавляет зазоры и направляет валик шва. Аргон подаётся в рабочую зону через сопло горелки.

Виды

• Ручная – всем процессом управляет только сварщик. Он двигает горелку и подаёт присадку. Здесь можно использовать только неплавящиеся электроды из вольфрама.
• Полуавтоматическая – сварщик управляет горелкой, а проволока подаётся автоматически.
• Автоматическая – работу выполняют сварочные машины различной сложности. Сложность приборов определяет сложность фигурации выполняемого шва. Хотя сварщик здесь не участвует, работу автоматов контролируют специалисты.
• Роботизированная – участвуют роботы под контролем квалифицированных специалистов. Роботы сваривают автомобили, трудятся на других массовых производствах.

Сфера применения

• Производство и ремонт автомобилей.
• Судостроение.
• Машиностроение. Строительство инженерных систем.
• Художественные работы по металлу, в частности, чугуну.

С использованием аргона сваривают титан, низко-, высокоуглеродистую и нержавеющую сталь, медь, чугун, алюминий.

Достоинства

• Возможность соединить различные виды металлов.
• Быстрота процесса за счёт высокой тепловой мощности дуги.
• Нагрев не слишком сильный, поэтому сохраняются форма и размеры соединяемых изделий.

Недостатки

• Аргонную сварку  можно проводить только в закрытом помещении. Аргон сдувается ветром и сквозняками, поэтому при их наличии качество шва снижается.
• Необходимость сложного оборудования.
• Если используется высокоапмерная дуга, соединяемые материалы потребуют дополнительного охлаждения.
• Высокие требования к квалификации сварщика.

Контактная

Данный вид сварки заключается в пропускании через свариваемый материал электрического тока и одновременном его сжатии, в ходе которого происходит пластическая деформация. Затем материал подвергается охлаждению, а в рабочем участке образуется твёрдая спайка. Это термомеханический вид сварки

Сфера применения

Массовое производство однотипных деталей, авиационная, машиностроительная промышленности.

Виды контактной сварки

• Электродуговая контактная сварка – основной вид сварки с применением электрической дуги. Она возбуждается между двумя концами, подключёнными к источнику электричества. При соблюдении промежутка до 5 мм, дуга стабильно горит и нагревается до температуры в 5000 ºС, что достаточно для плавления металлической кромки.
• Ручная дуговая. Горение дуги происходит между заготовкой и концом электрода в держателе. Параметры шва и глубину проплавления задаёт сварщик, управляя сварочным аппаратом.
• Полуавтоматом. Горение дуги между заготовкой и концом проволоки, подающейся через горелку. Проволока подаётся автоматически, так что сварщик только управляет горелкой.
• Под флюсом. В рабочий участок подаётся флюс, при плавлении выделяющий газ, который вытесняет  воздух. Дуга горит между заготовкой и проволокой-электродом. Сорта флюса различаются по содержанию кремния, что даёт возможность использовать каждый из них в конкретном металле.
• Точечная – соединения проходят в одной или нескольких точках, которые проделывают электроды. Результаты зависят от размера и формы электродов, силы тока и сжатия, состояния поверхностей соединяемых элементов.
• Сфера применения: соединение металлоконструкций толщиной до 20 мм, автомобильная, судостроительная, авиационная промышленность.
• Рельефная, позволяющая получить соединения в точках по предварительно устанавливаемым рельефным выступам.
• Применяется для крепления проволоки к тонким элементам и деталей к металлическим листам, обеспечения крепления в радиоэлектронике, машиностроении.
• Шовная. Соединение происходит в виде швов. Выполняется с помощью станков с роликовыми электродами. Этим способом соединяются листы толщиной до 3 мм, поэтому шовный метод используется в изготовлении труб и емкостей, для выполнения задач в автомобилестроении и электротехнике.
• Стыковая. Оплавление и соединение элементов со сжатием. Сфера применения - судостроение, железнодорожное дело.
• В зависимости от агрегатного состояния материала в рабочей зоне – с расплавлением материала и без такового.

Достоинства

1. Быстрота и производительность. К примеру, точечная сварка позволяет выполнить до 600 точек в минуту. Благодаря быстроте элементы не подвергаются искажению.
2. Широкий круг соединяемых конструкций, сечений и толщин. Металл хорошо плавится и не взаимодействует с окружающей средой. Несмотря на то, что свариваются порой разные материалы, получившиеся конструкции имеют высокие механические свойства с хорошей электропроводностью.
3. Простота автоматизации.
4. Хорошие гигиенические условия, безопасность. Небольшие требования к квалификации сварщика.
5. Малый износ электродов.

Недостатки

1. Швы, выполненные с помощью точечной сварки, обладают меньшей герметичностью, по сравнению со выполненными электродным методом.
2. Склонность к избыточному напряжению тока в месте точечной сварки.

Технология

Свариваемые элементы необходимо промыть и высушить, очистить от жира и пассивировать. Каждый материал готовится по-своему. Процесс делается машинами, имеющими электрическую и механическую части. Первая нагревает материал, вторая сжимает его в месте сварки. Иногда машины оснащаются элементами для подготовки материала и охлаждением.

Сварка на просвет

	

    	Соединение металлических деталей и изделий в некоторых случаях требует строжайшего контроля и ответственности. Для некоторых элементов необходим индивидуальный подход и подготовка к работе. Если свариваются крупные трубы с большой толщиной, придётся несколько раз пройти сварочным аппаратом.
    

Оптимальным методом проверки качества работы станет рентгеновский снимок. Он может выявить такие недостатки сварки, как рыхлость, наличие шлака, инородное добавление, прожог, подрез, недостаточный провар.

Перед сваркой под рентген поверхность заготовки тщательно очищают от оксидов и грязи, затем детали стыкуют. Это сложно сделать с первого раза, поэтому применяют центраторы. Затем в качестве присадки выбираются прутки-электроды, которые перед использованием сушатся.

Следующий этап - выбор режима сварки. Он подбирается индивидуально в зависимости от характеристик детали, которую предстоит сваривать.

Сама сварка начинается формированием точек-прихваток, количество которых зависит от диаметра заготовки. После этого стык зачищается, чтобы можно было увидеть корневые дефекты, которые можно исправить только на этом этапе. После того, как шов сделан, соединение заполняется. В конце работы создаётся облицовочный слой.

Для контроля над качеством сварки используется вакуумный сосуд с тремя электродами. В ходе проверки из сосуда выпускаются рентгеновские лучи и соприкасаются с участком шва. При соприкосновении с плотной поверхностью часть лучей поглощается, другая часть возвращается и отражается на плёнке, где фиксируется сила вернувшихся лучей. Если пустых мест много, сила будет большой.

Перед проверкой участок сварки проходит соответствующую подготовку.

Термитная сварка

Один из методов сварки плавлением. Здесь кромки разогреваются термитом – порошковой смесью мелкой стружки алюминия и железной окалины.

Две стороны заготовки сводятся с образованием зазора. Концы погружаются в огнеупорную изолирующую форму, задающую ширину и высоту сварного соединения и к которой подсоединён тигль с порошком.

В начале проводится разогрев сторон пламени. Затем порошок поджигают в тигле и накрывают. В это же время термит подают из тигля в участок стыковки. Расплавленный металл заполняет форму и полностью расплавляет кромки, и стороны свариваются. После охлаждения заготовки форму убирают. Если на заготовке остались наплывы и неровности, её нужно будет подвергнуть дополнительной обработке.

Термитным порошком сваривают трубы, рельсы, контуры заземления, заполняют трещины, сплавляют провода и кабели. Подходящие материалы для работы – чугун толщиной до 15 см, углеродистые стали.

К достоинствам термитного метода относят прочность получающихся швов, их устойчивость к коррозии. К достоинствам также относятся быстрота и низкий расход энергии.

Однако перед началом работы нужно будет подготовить по отдельности кабель и заготовку. Поскольку за процессом трудно следить, часто нужно применять бесшовное оборудование, управлять которым под силу не каждому.

Электрошлаковая

Две стороны металла свариваются с помощью тепла от шлаковой ванны. Рабочая зона заполняется флюсом, затем присадка-электрод направляет туда электрический заряд. Флюс при нагреве превращается в жидкий шлак, при этом проведение тока и нагрев продолжаются. В конце кромки свариваются. Данный метод является бездуговым.

Этот метод позволяет сваривать металлы толщиной до 3000 мм – титан, медь, никель, алюминий, жаропрочные стали. Электрошлаковая сварка используется в строительстве различных машин, кораблей, авиации, химической промышленности.

Газопламенная

Сварку здесь осуществляет пламя горелки. В качестве горючего выступает ацетилен или пропан, мощность пламени придаёт кислород. Температура пламени – до 3100º С, способна расплавлять кромки металла. Присадка заполняет сварочную ванну и подаётся второй рукой сварщика.

	

    	Применяется в работе с чёрными металлами, трубами, ремонте ёмкостей. Может использоваться в сложных условиях: подвалах, тоннелях, крышах.
    

Преимущества

• Не нужен выделенный источник питания. Оборудование компактно, легко транспортируется. Сваривать можно даже в труднодоступных местах.
• Регулирование температуры для конкретного металла с помощью горелки или наклона пламени.
• Широкий круг свариваемых металлов.

Недостатки

• Большая зона нагрева, из-за чего могут возникнуть лишние дефекты.
• Огнеопасность горючего и сжатого кислорода. Необходимость защитной экипировки -  костюма и маски.
• Сваривать таким методом можно только заготовки толщиной до 5 мм.
• Необходимость уровня подготовки для сварщика.

Плазменная

Для плавления металла и кромок можно использовать плазму. Используемое оборудование: аргоновый баллон, аккумулятор, плазмотрон, система водяного охлаждения для нейтрализации лишнего тепла.

Плазма образуется в плазмотроне из газа после нагрева электрической дугой и последующего стократного увеличения объёма. Температура плазмы равна 30000 º С, и при выходе из сопла она расплавляет металл.

Существуют два способа плазменной сварки. Так, дуга может гореть между:

1. Плазмотроном и заготовкой;
2. Двумя неплавящимися электродами. При этом плазма исторгается газовой струёй.

Применяется плазма для соединения материалов, которые нельзя сварить другим способом по причине высокой температуры плавления - вольфрама, молибдена, никеля.

Преимущества

• Быстрота.
• Качественные швы.
• Экологичность и безопасность, отсутствует шлак.
• Простота метода.
• Возможность управления глубины сварки.

Недостатки

• Дороговизна оборудования.
• Необходимость охлаждения плазмотрона.

АО “НПФ “Спецмаш” обладает собственным сварочным цехом. Производство оснащено сварочно-монтажными столами Tempus, обеспечивающими высокую производительность и 3D-позиционирование. Специализация цеха охватывает аргонодуговую сварку, полуавтоматический, контактный виды сварки, работу с неплавящимся электродом. Обрабатываются заготовки из малоуглеродистого, нержавеющего, оцинкованного видов стали, алюминия, чёрного металла. Вместе со сваркой специалисты выполнят при необходимости сборку металлоконструкций.