Сварка Металлов: Все что Нужно Знать

Опубликовано: 06 июня 2019

Сварка металлов, то есть процесс их прочного (неразъемного) соединения за счет установления связей на уровне атомов (на межатомном уровне) является одной из важнейших технологий в современном производстве и строительстве. Причина такой важности вполне понятна – неразъемные соединения с такими глубокими связями обладают практически такой же прочностью, как и свариваемые элементы и поэтому обеспечивают высокую надежность различных конструкций, применяемых в данных сферах.

История и перспективы электрической сварки

Что касается истории сварки электросварки, то здесь важнейшим событием стало открытие физического явления электрической дуги в начале 19 века, а также разработка технологии соединения металлов при помощи электросварки в 1880х годах. После этого электросварочная технология находила все новые области применения и постепенно стала одной из важных технологических сфер в современной промышленности и строительстве.

Сейчас развитие технологий электросварки позволяет использовать этот способ соединения металлов не только на предприятиях, но и в полевых условиях (например, в степи или в открытом море), а также под водой и даже в космосе.

В промышленных условиях электросварка сейчас частично или полностью автоматизирована. Современные сварочные устройства значительно снижает процент рисков и брака по сравнению с ручной сваркой. Дальнейшая оптимизация сварочных технологий идет в основном в направлении минимизации энергопотребления и поиска путей сваривания высокопрочных материалов.

Общая классификация сварки

Классификация сварки разделяет различные ее типы (которых на сегодня имеются десятки) на логические группы и может проводиться по многим параметрам. На сегодня, самым главным классификационным признаком сварки является физический, которые определяет разделение видов сварки по форме и типу энергии, за счет которой получается сварное соединение. По физическому критерию все виды сварки делятся на три группы, которые принято называть классами сварки.

Термический класс объединяет все виды сварки, которые происходят с использованием тепловой энергии. Наиболее известны газовая, электродуговая, электронно-лучевая, лазерная, термитная, орбитальная и многие другие виды сварки и их комбинации.

К термомеханическому классу относятся те виды сварки, в которых, для разогревания свариваемых поверхностей используется, кроме тепловой, также и механическая энергия. Среди видов сварки этого класса – кузнечная сварка (исторически самая древняя, то есть просто ковка металла), контактная, диффузная, и некоторые другие.

И, наконец, механический класс, — сварка, производимая полностью или в значительной степени, за счет механического воздействия на соединяемые детали. Включает холодную сварку, сварку трением, ультразвуковую сварку и ряд других видов.  

Хотя, строго говоря, сваривать можно не только металлы (сейчас сваривают даже сосуды в человеческом теле), но на практике наибольшее распространение получила именно сварка металлов.

Электросварка как основной способ сваривания металлов

Внутри сварки металлов как большой технологической области (в которую чисто технологически следует включить и такой древний процесс металлообработки как ковка) наиболее актуальным разделом являются виды сварки с применением электрического тока, то есть разновидности электросварки. И уже электросварка делится на два основных класса: недуговая и дуговая (то есть такая, в которой нагревание свариваемых поверхностей происходит за счет образования электрической дуги).

Что касается истории сварки электросварки, то здесь важнейшим событием стало открытие физического явления электрической дуги в начале 19 века, а также разработка технологии соединения металлов при помощи электросварки в 1880х годах. После этого электросварочная технология находила все новые области применения и постепенно стала одной из важных технологических сфер в современной промышленности и строительстве.

В настоящее время развитие технологий электросварки позволяет использовать этот способ соединения металлов не только на предприятиях, но и в полевых условиях (например, в степи или в открытом море), а также под водой и даже в космосе. В промышленных условиях электросварка сейчас частично или полностью автоматизирована. Современные сварочные устройства значительно снижает процент рисков и брака по сравнению с ручной сваркой. Дальнейшая оптимизация сварочных технологий идет в основном в направлении минимизации энергопотребления и поиска путей сваривания высокопрочных материалов.

Недуговая (контактная) сварка

Недуговую сварку чаще называют контактной. Такое название объясняется тем, что при этом виде сварки электроды, подающие ток, прикладываются непосредственно к металлическим поверхностям, который они сваривают. При этом через металл, расположенный между поднесенными электродами, подается короткий, но очень мощный разряд тока (с силой тока в тысячи ампер). Сплавление происходит между приложенными электродами. В целом при контактной сварке сварное соединение формируется за счет нагрева металла проходящим током и пластического сжатия соединяемого участка.

Если электроды расположены прямо друг против друга, то сварное соединение получается точечным. Хотя точечная сварка – не единственный вид контактной сварки, но самый распространенный. Поэтому понятия «точечная сварка» и «контактная сварка» иногда часто используются как синонимы. Напряжение точечной сварки обычно составляет несколько вольт.

Контактная сварка успешно используется для соединения тонких листов металла, например, в автомобилестроении. Кроме этого, контактную сварку удобно применять вообще при серийном или массовом промышленном производстве однотипных изделий, в частности, в машиностроении, автомобильной промышленности, в судостроении, в авиационной промышленности, в производстве сельскохозяйственных машин и в некоторых других областях.

Электродуговая сварка

При электродуговой сварке, которая получила особенно широкое применение в строительстве) для нагрева и расплавления металла используют электрическую дугу. Используются электроды плавящегося и неплавящегося типа. В первом случае сварной шов формируется при расплавлении электрода, а во втором — при расплавлении присадочной проволоки.

В целях защиты от окисления, на сварной шов из сварочной головки подаются защитные газы, такие как гелий, аргон, углекислый газ или их смеси. Устойчивость электрической дуги повышается за счет использования в электродах легко ионизируемые вещества (натрий, калий и кальций.  

Распространена классификация дуговой сварки по степени механизации процесса. Различаются ручная дуговая сварка (ММА -Manual Metal Arc), механизированная или полуавтоматическая дуговая сварка (MIG/MAG -Metal Inert/Active Gas) и автоматическая дуговая сварка.

При ручной дуговой сварке операции, необходимые для образования шва, выполняются вручную.  Удобство ручной дуговой сварки для оператора достигается во многом отсутствием необходимости постоянно носить с собой громоздкий газовый баллон. Газовое облако в этом случае заменяется обмазкой электрода. Когда электрод касается металла, происходит короткое замыкание, и ток расплавляет металл электрода и его обмазку. При этом образующееся облако газа создаст проводящую ионизированную среду для дуги и защитит расплавляемый металл от доступа кислорода.

Электроды для данной операции подбирают по типу металла и его толщине. Тип металла важен потому что в процессе сварки расплавленный металл стержня электрода перетекает в свариваемый метал и сплавляется с ним. Поэтому для более крепкого соединения металлы стержня электрода и свариваемой детали должны быть идентичны. Упаковка электродов всегда имеет указания, для каких металлов подходят электроды.

Диаметр электрода подбирают согласно толщине свариваемой детали.  Принцип подбора определяется тем, что чем толще электрод, тем большая сила тока нужна для его расплавки, и данная закономерность справедлива и для свариваемой детали. Поэтому толщину электрода подбирают под толщину кромки свариваемого металла.

Методом ММА можно сваривать детали из большинства распространенных металлов, за исключением алюминия и сплавов на его основе (из-за быстрого окисления и образования тугоплавкой оксидной пленки). В этом случае рекомендуется использование более подходящих сварочных технологий.

При механизированной (полуавтоматической) дуговой сварке плавящийся электрод автоматизирует подачу электродной проволоки в зону сварки, а все другие операции выполняются вручную.

Полуавтоматическая сварка с помощью проволоки используется в основном при сварке листового металла. Отсюда одна из ее традиционных сфер применения – кузовной ремонт, а также создание различных конструкций из тонколистового черного металла. Использование проволоки вместо электродов значительно повышает производительность. Используются катушки емкостью 1 и 5 кг (на бытовых аппаратах), 5 или 15 кг — на профессиональных

Используют проволоку как обычную (без обмазки), так и с обмазкой (т.н. флюсовую). В первом случае применение баллона с газом является обязательным (режим GAS), во втором баллон не требуется (NO GAS). Хотя работа без баллона удобнее, использование проволоки без обмазки распространена гораздо шире. Причиной является значительно более низкая цена по сравнению с флюсовой проволокой.

Кроме того, многие специалисты считают, что при использовании баллонов швы получаются аккуратнее.

При автоматической дуговой сварке под флюсом механизированы операции по созданию электрической дуги, поддержанию ее определённой длины дуги, и по перемещению ее по линии сварного шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся при помощи сварочной проволоки диаметром 1-6 мм. Основные параметры сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и другие) более стабильный, благодаря чему шов получается более однородным по всей его длине. Однако при этом возрастают требования по подготовке и сборке деталей для сварки.

• Предыдущая статья
  Планировка Магазина: Советы по Торговому Оборудованию и Эффективности Его Работы

Электродуговая сварка как способ резки металла

• Главная
• О компании
• Статьи
• Механическая обработка
• Электродуговая сварка как способ резки металла

Посредством электросварки можно не только соединять поверхности, но и разрезать их. Для резки металла с использованием электродуговой сварки нужно то же оборудование, но, в отличие от сварки, металл проплавляют насквозь до полного разделения деталей заготовки. Это обусловлено применением большей силы тока, чем в процессе создания сварочного шва. 

Применение резки металла электросваркой

Методом электродуговой резки пользуются в случае невозможности применить газовую резку либо при отсутствии необходимого оборудования. Эту технологию также используют в серийном производстве металла и в некоторых частных случаях при проведении ремонтно-строительных работ, например:

•    При грубой разделке металлолома; 
•    Для демонтажа металлоконструкций; 
•    Для разборки трубопроводов; 
•    При прожигании отверстий; 
•    При разрезании изделий из цветных металлов, стали, чугуна.

Необходимое оборудование и инструменты

Для проведения работ вам понадобятся:

•    Сварочный трансформатор (инвертор) для произведения электрического тока достаточной силы для создания и поддержания сварочной дуги; 
•    Щетка для зачистки;  
•    Молоток по металлу; 
•    Электроды с держателями для них; 
•    Электрические кабели с соединительными муфтами.  

Лучше всего для резки металла подходят электроды, обозначенные маркировкой ОЗР. Они обладают специальным термоустойчивым покрытием, которое обеспечивает высокий уровень производительности и превосходное качество полосы разреза. При проведении резки с их использованием образуется достаточно устойчивая дуга, создающая нужное количество тепла. Электроды этого типа дают возможность осуществлять резку из любого пространственного положения, к тому же с использованием не только постоянного, но и переменного тока. 
Процесс резки сваркой достаточно рискованный: при отсутствии нужной экипировки и несоблюдении техники безопасности высока вероятность получить ожог электрическим током или обжечь поверхность кожи раскаленным металлом. К тому же токсичные вещества, выделяемые при резке, затрудняют работу дыхательных путей, а ультрафиолетовое излучение (видимое и невидимое) поражает глаза. Поэтому при проведении резки необходимо:

•    Убедиться в достаточной защищенности металлического корпуса сварочного аппарата.  
•    Носить защитную одежду: специальную брезентовую робу,  респиратор, рукавицы, обувь на резиновой подошве, защитную маску (обязательно с темными стеклами).  
•    Работать только в помещении с вытяжной вентиляцией. 

Если вы проводите работу в помещении, желательно, чтобы за вашими действиями снаружи следил ассистент, готовый оказать помощь в чрезвычайной ситуации. 

Технология резки металла сваркой

Поскольку при резке нет строгих требований к качеству кромки, можно сказать, что этот процесс легче, чем сварка. Поэтому эту технологию можно использовать в целях осваивания основ работы со сварочным трансформатором. 

Прежде чем начинать работу, нужно убедиться, что все используемые электрические кабели исправны. Далее нужно создать дугу. Сделать это просто: достаточно стукнуть или чиркнуть электрод о металл. Величина тока на инверторе зависит от толщины материала, а также размеров электродов и вида разреза. Разрезы бывают нескольких разновидностей.  

Поверхностная резка

Этот тип разреза используется для выравнивания наплывов и дефектов на поверхности металла, а также для прокладывания канавок. Во время работы электрод нужно располанать под углом 5°-10° к поверхности изделия. Движение проходит с небольшим погружением в образуемую полость. Для проложения широкой канавки нужно выполнять электродом поперечные движения определенного размера. 

Разделительная резка

Материал закрепляют так, чтобы происходило свободное вытекание жидкого металла из линии разреза. При горизонтальном расположении резку выполняют от кромки листа, при вертикальном – сверху вниз. При разрезании листа большого размера можно начать процесс с отверстия, предварительно проделанного в середине материала. 

Резка отверстий

Сначала в материале проделывается небольшое отверстие, далее его постепенно расширяют, пока оно не достигнет нужных размеров. Перпендикулярным положением электрода допускаются незначительные отклонения в сторону образующейся в процессе резки окружности.  

Виды электродов и особенности их применения

Электроды, задействуемые при резке металла инвертором, отличаются от обычных повышенной мощностью и теплостойкостью. При резке металлических поверхностей можно использовать разные виды электродов:

•     Металлические плавящиеся. Резка происходит с выплавлением металла дугой из зоны воздействия. Используются стальные электроды диаметром 2,5-6 мм. Они отличаются большей тугоплавкостью, чем при сварке. Сосредоточенному нагреванию материала способствует качественное покрытие (например, из марганцевой руды или поташа), которое закрывает зону дуги небольшим козырьком.  
•     Угольные. Их используют, если нет конкретных требований к качеству и ширине разреза. В процессе работы поверхность материала немного наклоняют, чтобы облегчить вытекание металла. Эти электроды подходят для обработки заготовок из чугуна, цветных металлов или стали. Лучше всего выбрать электрод диаметром около 10 мм.  
•     Неплавящиеся вольфрамовые. Применяются реже, чем предыдущие два типа. Подходят для работы с изделиями из легированной стали или цветных металлов. При этом процесс резки должен происходить в защитной газовой среде.  
•     Трубчатые. Используются при резке кислородно-дуговым способом. Основу трубчатого электрода составляет полая изнутри трубка с толстыми стенками. 

При отсутствии специальных электродов можно пользоваться обычными сварочными. Важно подобрать подходящий диаметр в соответствии с толщиной материала. Для тонкого металла нужен электрод диаметром 3 мм, а для более толстого – 4-6 мм. 

Преимущества и недостатки метода резки металла электродуговой сваркой

Как и любая технология, резка сваркой имеет свои плюсы и минусы, которые нужно принять во внимание для быстрого достижения желаемого результата. К главным недостаткам этого метода можно отнести:

•     Невысокую скорость работы и, следовательно, низкую производительность.
•     Низкое качество реза в результате затвердевания натеканий с обратной стороны металла.  
•     Невозможность получить идеально точную линию реза. 
•     Резка тонких листов металла требует высокой мощности тока. 

Однако преимуществ у этой технологии больше. Среди них:

•     Отсутствие большого количества требований к окружающим условиям.
•     Отсутствие необходимости приобретения дорогостоящего оборудования и новых специальных инструментов.  
•     Возможность работы с обоими видами тока.  
•     Быстрое и простое освоение оборудования и обучение приемам работы.
•     Способность к работе с практически любыми металлами и их сплавами. 

Отдельным плюсом можно назвать использование инвертора. Этот инструмент весит от 3 до 7 кг, его транспортировка не составляет сложностей, к тому же он устойчив к перепадам напряжения. А благодаря широкому спектру своих возможностей он позволяет выполнять те работы, для которых раньше требовалось дорогое и громоздкое оборудование.  

Резка металлов электросваркой широко используется не только домашними умельцами, но и предприятиями строительно-ремонтной, металлообрабатывающей и автомобильной сфер. Это надежный метод резки металлических поверхностей, который отличается простотой и дешевизной. 
 

3 метода сварки металлов, которые мы используем

3 метода сварки металлов, которые мы используем

Существует 3 основных метода сварки двух металлических частей: TIG, MIG и Stick. В этой статье мы исследуем различия и основные описания трех методов, заимствуя большую часть текста с сайта Wikipedia.org.

Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа

Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW), также известная как сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG), представляет собой процесс дуговой сварки, в котором для получения сварного шва используется неплавящийся вольфрамовый электрод. Зона сварки защищена от атмосферного загрязнения защитным газом (обычно инертным газом, таким как аргон), и обычно используется присадочный металл, хотя для некоторых сварных швов, известных как автогенные сварные швы, это не требуется. Сварочный источник постоянного тока производит энергию, которая передается через дугу через столб сильно ионизированного газа и паров металла, известный как плазма.

GTAW чаще всего используется для сварки тонких профилей из нержавеющей стали и цветных металлов, таких как сплавы алюминия, магния и меди. Этот процесс дает оператору больший контроль над сварным швом, чем конкурирующие процессы, такие как дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа и дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа, что позволяет выполнять более прочные и качественные сварные швы. Однако GTAW сравнительно сложнее и труднее в освоении, и, кроме того, он значительно медленнее, чем большинство других методов сварки. Связанный процесс, плазменная дуговая сварка, использует немного другую сварочную горелку для создания более сфокусированной сварочной дуги и, как следствие, часто автоматизирован.

Дуговая сварка металлическим газом

Дуговая сварка металлическим газом (GMAW), иногда называемая подтипами сварки металлом в среде инертного газа (MIG) или сваркой металлом в активном газе (MAG), представляет собой полуавтоматический или автоматический процесс дуговой сварки в котором непрерывный и расходуемый проволочный электрод и защитный газ подаются через сварочную горелку. Источник питания постоянного тока с постоянным напряжением чаще всего используется с GMAW, но могут использоваться системы постоянного тока, а также переменного тока. Существует четыре основных метода переноса металла в GMAW, называемые шаровидным, методом короткого замыкания, распылением и импульсным распылением, каждый из которых имеет определенные свойства и соответствующие преимущества и ограничения.

Первоначально разработанный для сварки алюминия и других цветных металлов в 1940-х годах, метод GMAW вскоре был применен к сталям, поскольку он позволил сократить время сварки по сравнению с другими процессами сварки. Стоимость инертного газа ограничивала его использование в сталях до нескольких лет спустя, когда использование полуинертных газов, таких как двуокись углерода, стало обычным явлением. Дальнейшие разработки в 1950-х и 1960-х годах сделали этот процесс более универсальным, и в результате он стал широко используемым промышленным процессом. Сегодня GMAW является наиболее распространенным промышленным процессом сварки, предпочтительным из-за его универсальности, скорости и относительной простоты адаптации процесса к роботизированной автоматизации. В частности, автомобильная промышленность использует сварку GMAW почти исключительно. В отличие от сварочных процессов, в которых не используется защитный газ, таких как дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа, этот метод редко используется на открытом воздухе или в других местах с нестабильностью воздуха. Родственный процесс, дуговая сварка с флюсовой проволокой, часто не использует защитный газ, вместо этого используется проволока с полым электродом, заполненная флюсом изнутри.

=====
Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа

Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW), также известная как ручная дуговая сварка металлическим электродом (MMA), дуговая сварка в среде защитного флюса или, неофициально, сварка стержнем, представляет собой ручную дуговую сварку. процесс, в котором используется расходуемый электрод, покрытый флюсом, для прокладки сварного шва. Электрический ток в виде переменного или постоянного тока от сварочного источника питания используется для образования электрической дуги между электродом и соединяемыми металлами. По мере наложения шва флюсовое покрытие электрода распадается, выделяя пары, которые служат защитным газом, и образуя слой шлака, которые защищают зону сварки от атмосферного загрязнения.

Из-за универсальности процесса и простоты его оборудования и эксплуатации дуговая сварка защищенным металлом является одним из самых популярных сварочных процессов в мире. Он доминирует над другими сварочными процессами в сфере технического обслуживания и ремонта, и хотя дуговая сварка с флюсовой проволокой становится все более популярной, SMAW продолжает широко использоваться при строительстве стальных конструкций и в промышленном производстве. Этот процесс используется в основном для сварки железа и стали (включая нержавеющую сталь), но этим методом также можно сваривать алюминиевые, никелевые и медные сплавы.[2]

Пояснительный текст на этой странице о методах сварки можно найти в статьях на Wikipedia.org, как и изображения.

Лучшие материалы для сварки | Методы сварки металлов

Специалисты по изготовлению металлов используют сварку для создания деталей и готовых изделий для широкого спектра отраслей промышленности. Некоторые сварочные материалы имеют тенденцию образовывать связи легче, чем другие. Лучшие металлы для сварки зависят от рассматриваемого проекта и используемой техники. Этот обзор лучших сварочных материалов даст краткое объяснение пригодности каждого металла.

Сварка включает несколько методов, подходящих для различных применений и материалов. К наиболее распространенным процессам сварки относятся:

• Сварка сопротивлением
• Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW)
• Дуговая сварка металлическим газом (MIG)
• Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (AC-TIG или DC-TIG)
• Дуговая сварка флюсовой проволокой (FCAW)

Каждый процесс подходит для различных типов металлов. У каждого из них есть уникальный источник энергии, который вызывает слияние между основными материалами. Поскольку каждый металл имеет различные температуры плавления и структуры ячеек, они лучше совместимы с некоторыми методами, чем с другими.

Сталь и нержавеющая сталь

Наиболее подходящие методы сварки: SMAW, DC-TIG, MIG, FCAW, резистивная

Металлы на основе железа, такие как сталь и нержавеющая сталь, как правило, работают с наибольшим количеством методов по сравнению с другими . Низкоуглеродистая мягкая сталь действует как один из наиболее поддающихся сварке доступных металлов. В его состав входит небольшое количество элементов, которые могут снизить риск неудачного сварного шва. Нержавеющая сталь имеет более сложный химический состав, но она также может работать с несколькими методами, учитывающими окисление.

Алюминий

Наиболее подходящие методы сварки: SMAW, AC-TIG, MIG. Алюминий серии 1ХХХ не требует больших усилий в процессе сварки, что делает его простым в обращении. Между тем, сварщик может работать с алюминием 6XXX, если он использует надлежащие сварочные операции и присадочный материал.

Титан

Наиболее подходящий метод сварки: DC-TIG

Когда сварщик защищает титан от окисления, он может использовать его для получения надежных и долговечных результатов. Титан требует полного покрытия защитным газом, чтобы обеспечить высокий уровень целостности сварного шва.

Чугун

Наиболее подходящий метод сварки: SMAW

Чугун представляет большую сложность в процессе сварки, чем такие металлы, как сталь или алюминий.