Способы и виды сварки металлов

Процесс сварки металлов и других материалов происходит путем воздействия на их межатомные связи посредством термической, механической или термомеханической силы. Он является незаменимым при необходимости соединения деталей или конструкций из металла и металлических сплавов. Классификация сварочных процессов зависит от многих факторов, но в основном их различают в зависимости от видов, способов и методов.

Существующие способы сварки

Так как сварка — неотъемлемый процесс разного рода строительства, в связи с развитием этой сферы техники и способы сварки тоже развиваются, становясь разнообразнее. Существующие на сегодняшний день методы насчитывают более 20 видов, которые делятся на 2 группы. Это сварка с применением давления и с плавлением.

К сварке плавлением относятся:

1. Дуговая. Выполняется посредством использования между электродом и свариваемым материалом высокотемпературной дуги.
2. Электрошлаковая. Выполняется благодаря нагреванию расплавленного шлака (флюса) электрическим током.
3. Плазменная. Источником нагревания является сжатая электродуга, по которой с большой скоростью проходит газ. Именно благодаря высокой скорости движения этот метод и стал возможным.
4. Электронно-лучевая. Процесс нагревания происходит за счет кинетической энергии, которая получается от движущихся в вакууме электродов под воздействием электрического поля.
5. Лазерная. Нагрев происходит благодаря воздействию на металл лазерного луча.
6. Газовая. Выполняется при помощи направленного на материал потока огня, который получается в результате сгорания смеси газа и кислорода.

Сварка давлением подразумевает следующие виды:

1. Холодная. Этот вид сваривания производится путем достижения межатомных связей между двумя деталями изделия путем сильного давления.
2. Ультразвуковая. Соединение деталей выполняется благодаря ультразвуковым колебаниям.
3. Кузнечно-горновая. Этот способ имеет древнюю историю, однако в современности его применение ограничено. Нагретый в горне материал сваривают ручной или механической проковкой.
4. Газопрессовая. Этот метод схож с предыдущим, но для нагрева используются газообразные горючие.
5. Электрическая контактная. Наиболее масштабный по своему применению вид. Нагрев металла выполняется благодаря проходящему по нему току.
6. Диффузионная сварка обладает сравнительно высокими температурами нагрева и низкой силой давления.

Подробнее о видах сварки

Сварка различных видов имеет индивидуальную классификацию, за основу которой берутся способы и методы ее выполнения.

Дуговой вид соединения металлов

Ее классифицируют по нескольким характеристикам:

1. Механизация процесса. Дуговая сварка может быть ручная, проходить при помощи механизированных автоматов вдобавок к манипуляциям сварщика (полуавтоматическая) и только с применением приборов.
2. Различие по происхождению тока. Оно состоит в том, каким именно током питается электрическая дуга, это может быть постоянный ток прямой или обратной полярности, переменный ток. Выбор того или иного вида производится в зависимости от способов сварки, к примеру, сваривание под флюсом выполняется при обратной полярности.
3. Тип дуги тоже имеет значение при классификации способов дуговой сварки. Если использовать зависимую дугу (прямого воздействия), то металл и электрод будут разделены ею, а металлическая составляющая выступает элементом цепи. Независимая дуга (косвенного воздействия) производит горение между электродами.
4. По тому, насколько мастер может наблюдать за процессом сварки, выделяют дуги открытые, закрытые и полуоткрытые. Открытая позволяет видеть процесс горения при помощи защитного стекла, закрытая — горит в расплавленном флюсе, наблюдение невозможно, а полуоткрытая имеет закрытые и открытые зоны.
5. Желательно максимально оградить сварочный процесс от воздействия окружающего воздуха. Эту защиту может выполнять шлак, смесь шлака и газа, чисто газовая защита и комбинированный ее тип. В некоторых случаях защита может отсутствовать.

Эксперты советуют сжимать держак обеими руками и делать упор на локоть. Для зажигания электрода чиркайте его вдоль металла по направлению предполагаемого шва.

Особенности электрошлаковой сварки

Принцип этого метода заключается в том, что детали, подлежащие свариванию, покрываются шлаком. Аппарат нагревают до температуры, которая на порядок выше температуры плавления самого металла и проволоки электрода.

Благодаря использованию этого метода достигается более плотный сварочный шов, который имеет стойкость к образованию трещин и может выполняться в разных конфигурациях. Электрошлаковый вид имеет высокий показатель производительности при сваривании материалов и металла больших толщин. Наибольшую эффективность этот тип имеет при работе с габаритными деталями (мосты, корабли и т.д.).

При сварке металла большой толщины необходимо выбирать удлиненные резаки, чтобы минимизировать воздействие высоких температур на сварщика.

Плазменная и газовая

Плазмой, которая служит источником нагревания, является ионизированный газ. Она может достигать температуры вплоть до 3000°С. В зависимости от материала работы применяются плазматроны прямого и косвенного действия. Чистота плазмы достигается за счет отсутствия электродов. Вихревой поток создается благодаря точкам индуктора, обладающими высокой частотой.

Газовый вид сварки отличается простотой и доступностью, поэтому чаще других применяется в непроизводственных и бытовых целях. Сварщик может корректировать температуру нагрева металлических деталей, регулируя силу пламени, расстояния источника температуры от изделия. Недостатками являются широкая зона воздействия на заготовку и медленная скорость нагревания металла. Шов получается неаккуратным, хотя во многом это зависит от мастерства сварщика. Стоимость горячих компонентов для газовой сварки требует больших затрат, чем электрический метод.

Для использования газовых способов сварки необходимы следующие инструменты:

• горючие газы;
• присадочная проволока;
• дополнительная аппаратура (баллоны с кислородом, регулятор подачи газа из баллона, ацетиленовые генераторы, горелки с набором наконечников);
• защитные очки или маска;
• щетки для очистки метала;
• сварочные порошки (при необходимости).

Баллоны с газами должны иметь поддоны, исправные колпаки и находиться вдали от солнечного света и нагревающих объектов.

Электронно-лучевая и диффузная

Электронно-лучевой вид сварки широко применяется для работы с мелкими деталями по причине узкой фокусируемости электронного луча. Сваривание достигается благодаря пучку электронов с высоким уровнем энергии, он проникают в материал и отдает ему свой заряд. В результате температура металла практически доходит до температуры плавления. Шов в таком случае получается высококачественным, причиной этого является вакуумная атмосфера процесса сварки.

Лазерные лучи могут серьезно повредить зрение, даже когда они в отраженном виде. При выполнении этого вида сваривания следует позаботиться о безопасности глаз, даже если в аппарате есть автоматическая защита.

Принцип диффузного метода базируется на диффузионных контактах атомов двух поверхностей в условиях вакуума. Благодаря тому, что доступ кислорода закрыт, не образуется оксидная пленка. Высокий уровень диффузии достигается путем нагревания, температура которого немного не доходит до температуры плавления материала, и высокой зачистки соприкасающихся сторон. Сначала элементы, находящиеся в вакуумной камере, плотно прижимают, а потом нагревают при помощи электрического тока, таким образом соединяются даже виды металла, которые плохо поддаются взаимному свариванию (чугун+сталь, керамика, титан и др.).

Холодная и ультразвуковая

Холодная сварка выполняется при комнатной или отрицательной температуре без надобности в нагревании свариваемых деталей посредством внешнего механического давления. Процесс спайки происходит за счет пластической деформации поверхностей, которые необходимо соединить. Качество соединения зависит от состояния контактирующих поверхностей. Преимуществом этого метода является то, что для его протекания не нужен источник электроэнергии, который располагает большой мощностью. Шов получается однородный и без примесей. Процесс выполняется быстро, хорошо контролируется. Но этому виду сваривания поддаются немногие материалы. Сферой применения является электротехника и электромонтаж.

Ультразвуковой метод чаще всего применяется для соединения полимерных листовых деталей. Листы материала плотно прижимают друг к другу и к опоре, после чего запускается ультразвуковой генератор. При использовании этого метода материал не испытывает перегрева, не нужна дополнительная чистка поверхностей, такая сварка доступна в труднодоступных местах. УЗ-сварка часто применима на поликарбонатах, полипропиленах, натуральных тканях, искусственной коже и т.д. Плотность сваривания зависит от физико-химических свойств деталей и силы ультразвукового генератора.

Техника безопасности

Работа со сварочными процессами, которые подразумевают различные виды и способы, требует тщательного соблюдения техники безопасности. Последствием пренебрежения обязательными правилами может стать пожар, взрыв, травмы и даже летальный исход.

Техника безопасности при работе со сваркой заключается в следующих правилах:

1. При работе с источниками питания их необходимо изолировать и заземлить корпуса сварочных аппаратов.
2. На источниках питания необходимо установить автоматические выключатели высокого напряжения.
3. Следует проконтролировать герметичность и целостность электродержателя, чтобы избежать соприкосновения токоведущих элементов и металла.
4. Для работы нужно надевать сухую одежду и рукавицы, позаботиться о наличии резиновых ковриков или галош.
5. Для защиты глаз и кожи лица применяйте специализированный шлем с темным стеклом. Для более длительной эксплуатации защитного стекла сверху его лучше заслонить обычным стеклом, которое будет принимать на себя брызги металла и загрязнения.
6. На рабочем месте сварщика должны в обязательном порядке присутствовать огнетушитель и аптечка.
7. Если работа выполняется в плохо вентилируемых помещениях, то необходимо создавать принудительную вентиляцию.
8. Запрещено выполнять сварочные работы в непосредственной близости к предметам, подверженным легкому воспламенению.
9. Запрещено использовать тройники для подключения сразу нескольких горелок.
10. При наличии ацетиленовых аппаратов они должны быть оборудованы водными затворами.
11. Длина провода от сети до сварочного аппарата должна быть не более 15 м.
12. Запрещено оставлять газовые баллоны без присмотра во время перерыва в работе.

Сварка позволяет соединить детали из металла, сплавов и пр. При помощи сварочного процесса можно спаять части металла больших размеров из таких материалов, соединение которых другим путем невозможно. В зависимости от преследуемой цели и физико-химических свойств элементов применяются различные виды, способы и методы сварки.