Зварювання: способи зварювання і технологія. Класифікація способів зварювання

Зварювання - це отримання нероз`ємних з`єднань шляхом нагрівання і розплавлення кромок з`єднуються деталей. Якщо раніше їй піддавали тільки метали, то сьогодні таким методом з`єднують і інші матеріали, наприклад, пластмасу.

Можна говорити про те, що зварене з`єднання - це те, яке було отримано шляхом плавлення або зварювання тиском. Безумовно, є величезна кількість методів отримання необхідного результату. Приміром, існує такий елемент, як електрична дуга, саме з її допомогою і здійснюється зварювання. Способи зварювання є найрізноманітніші, ми постараємося все їх розглянути.

Трохи історії. Класифікація

Кування металу - перший зварювальний процес. Потреба у ремонті металевих виробів, а також створення більш досконалих деталей стало передумовою до освоєння зварювальних процесів. Так, в 1800-1802 роках була відкрита електрична дуга. З нею робили різні експерименти. Зрештою люди навчилися робити зварні з`єднання за допомогою електричної дуги. На території Росії активно ведеться підготовка кваліфікованих зварників, постійно розробляються нові технології, принципово інші підходи і т.п. Яскравим прикладом відмінної теоретичної та практичної бази є навчальний інститут імені Баумана.

В даний час існує близько 150 методів, за якими здійснюється зварювання. Способи зварювання поділяються за фізичним, технічним, а також технологічними ознаками. Так, за фізичними показниками можна виділити три великі групи:

• Термічний - це вид зварювання, здійснюваної при використанні теплової енергії. Сюди можна віднести газову, дугову, лазерну та ін. Зварку.
• Термомеханічний - вид зварювання, що припускає використання не тільки теплової енергії, а й тиску. Це може бути контактна, диффузионное, ковальське з`єднання і т.п.
• Механічний вид зварювання. У таких випадках використовується механічна енергія. Найбільш широко поширена холодне зварювання, вибухом, тертям та ін.

Кожен окремо взятий вид відрізняється витратами енергії, екологічністю, а також обладнанням, яке використовується під час роботи.

Газополум`яна зварювання

В даному випадку основним джерелом тепла виступає полум`я, яке виділяється в результаті згоряння палива в суміші з киснем. На сьогоднішній день відомо більше десятка газів, які можуть бути використані. Найпопулярніші - це ацетилен, МАФ, пропан і бутан. Виділяється тепло плавить поверхні разом з присадним матеріалом.

Оператор регулює характер полум`я. Воно може бути окислювальним, нейтральним або відновним, що залежить від кількості кисню і газу в суміші. В останні роки активно використовується МАФ, який забезпечує не тільки високу швидкість зварювання, але і відмінна якість шва. Але в цей же час необхідно використовувати більш дорогу дріт з великим вмістом марганцю і кремнію. На сьогоднішній день це найактуальніша суміш для газового зварювання, що обумовлено безпекою і високою температурою згоряння в кисні (2430 градусів за Цельсієм).

Багато що залежить від складу металу, який планується зварювати. Так, в залежності від цього параметра вибирається кількість присадних прутків, а при обліку товщини металу - їх діаметр. При ретельної попередньої підготовки виходить ідеальна зварювання.

Всі способи зварювання (газової) мають спільну рису, яка полягає в плавному нагріванні поверхні. Ось чому вони підходять для роботи зі сталевими листами в 0,5-5 мм, кольоровими металами, а також з інструментальною сталлю і чавуном.

Давайте більш детально розглянемо деякі способи газового зварювання. Їх досить багато.

Ліва, права і наскрізна зварювання

При товщині листа не більше 5 мм найчастіше використовують лівий вид газового зварювання. Відповідно, пальник переміщається справа наліво, а присадний прут знаходиться попереду. Полум`я направляється від шва і добре прогріває обробляється місце і присадні дріт. Техніка змінюється залежно від товщини металу. Якщо лист менше 8 мм, то пальник просувається тільки уздовж шва. Якщо ж більше 8 мм, то необхідно попутно виконувати коливальні рухи в поперечному напрямку для поліпшення якості шва. Перевага лівого способу полягає в тому, що оператор добре бачить обробляється місце, і він може забезпечити рівномірність.

Принципова відмінність правої зварювання в тому, що вона більш економічна. Обумовлено це тим, що полум`я пальника спрямоване не від шва, а до нього. Такий підхід дозволяє зварити метали максимальної товщини, при цьому кут розкриття кромок невеликий. Пальник рухається зліва направо, а за нею йде присадний прут.

Звичайно, якщо розглядати способи газового зварювання, то обов`язково варто згадати про зварювання наскрізним валиком. Застосовується вона тоді, коли потрібно отримати вертикальне стикове з`єднання. Суть полягає в тому, що в нижній частині стику робиться невелике наскрізний отвір. При переміщенні пальника верхня частина отвору плавиться, а коли вводиться присадка, заварюється нижня частина. Коли товщина листа занадто велика, робота ведеться з обох сторін і виконується двома операторами.

Ний спосіб зварювання арматури

Багато з нас знайомі з арматурою, яка активно використовується в монолітно-каркасному будівництві. Її застосовують в блоках перекриття, палях і т.п. Давайте детально розглянемо особливості такої зварювання. Найчастіше вона використовується для горизонтальних стрижнів. Суть методу полягає в тому, що в місці стику заварюється сталева форма. Потім в ній створюється ванна розплавленого металу за рахунок теплоти дуги. Виходить так, що торці свариваемой арматури плавляться і утворюють загальну ванну. Відповідно, при охолодженні утворюється повноцінне з`єднання.

Але перед початком ванній зварювання необхідно підготувати стрижні. Робиться це таким чином: поверхні, а також торці зачищаються, при цьому віддаляється будь-який вид забруднення, наприклад, іржа, окалина і бруд. Для цього підійде щітка по металу. До речі, важливо зачищати арматуру на довжину 30 мм в місці зварювання. Стрижні встановлюються співвісно. При цьому зазор не повинен перевищувати півтора діаметра електрода (у місці торця).

Процес протікає під великими струмами. Наприклад, при електроді в 6 мм зварювальний агрегат працює при струмі в 450 Ампер. Якщо мова йде про низьких температурах, то струм збільшують на 10-12%. Крім того, робота може бути виконана відразу декількома електродами. Варто звернути увагу на те, що даний метод дозволяє знизити трудомісткість процесу, собівартість виробу, а також витрата електроенергії. На сьогоднішній день ний спосіб зварювання арматури є найпопулярнішим і надійним. Це обумовлено низьким споживанням електроенергії і високою якістю з`єднання.

Зварювання тиском (пластична)

Даний вид зварювання ще називається холодним. Обумовлено це тим, що під час виконання з`єднання не відбувається додатковий нагрів оброблюваної поверхні. Даний метод заснований на пластичної деформації металів при стисненні або ковзанні. Роботи виконуються при нормальних або негативних температурах без дифузії. Даний метод вважається одним з найстаріших.

Для отримання шва високої якості використовуються спеціальні пристрої, що викликають деформацію оброблюваних поверхонь, які повинні бути попередньо зачищені. В результаті утворюється монолітне і досить міцне з`єднання. Існують різні види і способи зварювання (пластичної). В даний час їх три: точкова, шовна і стикова.

Холодної зварюванням можна з`єднувати такі матеріали, як мідь, свинець, алюміній, кадмій, залізо та ін. Найбільш кращою пластична зварювання є тоді, коли необхідно виконувати роботи з різнорідними матеріалами, які досить чутливі до нагрівання.

Безумовно, не можна не відзначити, що основне і головна перевага зварювання тиском полягає в тому, що не потрібно підключати потужне джерело електроенергії для попереднього нагрівання поверхні. Крім того, шов, отриманий таким чином, є не тільки міцним, але і однорідним, а також стійким до корозії. Тим не менш, є і деякі недоліки. Полягають вони в тому, що працювати можна тільки з металами високої пластичності. Якщо одні способи зварювання труб можуть бути застосовані, то інші - ні, і доводиться використовувати плавлення. Це стосується водопроводів і газових магістралей.

Класифікація способів зварювання. Продовження

Сам по собі процес протікає так. Деталі, які необхідно з`єднати, встановлюють в безпосередній близькості один до одного. Після цього підводиться потужне джерело тепла, який плавить з`єднуються деталі.

Розплавлений метал (без будь-яких додаткових механічних впливів) додається в загальну зварювальну ванну. Коли джерело тепла видаляють від місця зварювання, шов охолоджується, і наплавлений метал утворює вельми міцне з`єднання. Основна проблема полягає в тому, що джерело тепла повинен володіти високою потужністю і температурою. Наприклад, для роботи зі сталлю, міддю або чавуном необхідно пристрій з температурою в 3000 градусів за Цельсієм. Якщо цілеспрямовано знизити цей показник, то продуктивність зварювання різко впаде, і процес стане неефективним.

Класифікація способів зварювання плавленням в залежності від джерела тепла існує наступна:

• Дугове зварювання. Як джерело тепла використовується електрична дуга, яка горить між електродом і зварюваної поверхнею.
• Плазмова зварювання. Джерело тепла - стисла електрична дуга. Через неї з великою швидкістю (надзвуковий) продувається газ, який набуває властивості плазми.
• Електрошлакове - метал нагрівається від розплавленого флюсу, через який протікає електричний струм.
• Електронно-променеве зварювання - нагрів здійснюється від кінематичної енергії електронів. Вони рухаються у вакуумі під впливом електричного поля.
• Лазерне зварювання проводиться шляхом нагрівання металу через оптичний промінь квантового генератора. При цьому діапазон випромінювання може бути світловим або інфрачервоним.
• Газове зварювання - плавлення оброблюваної поверхні за рахунок згорання газово-кисневої суміші.

Дугове зварювання та її види

На сьогоднішній день найбільш важливою для багатьох галузей промисловості є електрична дугова зварка. Якщо підрахувати кількість діючих установок, зайнятість серед фахівців, а також число продукції, то такий спосіб одержання високоякісних швів лідирує по всьому світу. Давайте розглянемо основні способи дугового зварювання. На сьогоднішній день їх декілька.

Найбільш поширеною є автоматичне зварювання. Суть її полягає в тому, що деякі рухи оператора автоматизуються. Наприклад, подача електрода і його переміщення уздовж шва здійснюються без участі людини (на відміну від напівавтоматичного режиму). Такий підхід хороший тим, що якість шва і продуктивність трохи збільшуються, а травмоопасность знижується. Найчастіше використовується захисний газ, який потрібен для запобігання азотування і окислення зварного з`єднання під час виконання робіт.

Існує ще й ручне зварювання, яка полягає в тому, що плавляться кромки стикаються і збуджують електричну дугу (при неплавким електродом). Після того як присадний матеріал нагрівається і плавиться, виходить ванна, яка згодом і створює шов. Варто звернути вашу увагу на те, що способи зварювання електродом за допомогою електричної дуги класифікуються за кількома технічними ознаками. Наприклад, за типом використовуваних газів (активні та інертні), за ступенем механізації (ручна, автоматична тощо) та за іншими ознаками.

Більш докладно про ручного дугового зварювання

Ми вже розглянули в загальних рисах принцип отримання зварного з`єднання в ручному режимі. Давайте розберемося в цьому питанні більш докладно. На сьогоднішній день існують способи ручного дугового зварювання, кожен з яких унікальний по-своєму. Наприклад, у процесі можуть бути використані різні електроди: плавляться та не плавляться. Якщо вибирається другий вид, то з`єднання шва здійснюється наступним чином: кромки прикладають один до одного, а графітовий або вугільний електрод підносять до оброблюваної поверхні і створюють дугу. В результаті утворюється ванночка, яка через деякий час твердне і утворює зварний шов. Даний метод найбільш актуальний для роботи з кольоровими металами і їх сплавами, а також використовується для наплавлення.

Ще один спосіб полягає у використанні плавиться зі спеціальною обмазкою. Такий метод можна назвати класичним, якщо вести мову про ручному зварюванні, тому що він найбільш поширений і використовується досить давно. Єдина відмінність від вищеописаного способу полягає в тому, що електрод плавиться разом з поверхнею. У підсумку виходить загальна ванночка, яка застигає після видалення дуги і утворює високоякісний зварний шов. Вибір способу зварювання залежить від конкретної ситуації, матеріалу, його складу і багато іншого.

Кілька важливих моментів

Ми розглянули основні способи зварювання. Їх умовно поділяють на три великі групи: холодна, гаряча і газова. Проте варто зауважити, що іноді використовуються особливі способи отримання шва. Потрібно це тоді, коли йдеться про хімічно активних металах і їх сплавах. До речі, такі матеріали все частіше використовуються в будівництві для зведення відповідальних вузлів. У таких випадках роботи виконуються при низькому вмісті кисню та азоту в повітрі, а джерело має бути з високою температурою. Яскравим прикладом є плазмова, а також променеве зварювання. У другому випадку джерело променя схожий на кінескоп і має напругу порядку 30-100 кВ.

Куди складніше і цікавіше з точки зору отримання якісного з`єднання плазмова зварювання. З її суттю ми вже трохи розібралися. У процесі є такі ключові особливості, як провідність електричного струму плазмою. Газ, який утворює плазму, крім основної своєї задачі ще й захищає шов від окислювальних процесів і азотування. Можна з упевненістю говорити, що це гідний уваги метод, проте є і деякі обмеження. Наприклад, джерело живлення повинен мати напругу більше 120 В, та й установка досить дорога і складна.

Висновок

Ось ми і розібралися з тим, що таке зварювання. Способи зварювання є різні. У більшості випадків перед оператором стоїть завдання отримати не тільки якісний, але і міцний шов, який буде витримувати механічні дії протягом тривалого часу. Для цього існують різні способи зварювання електродом, наприклад, плавиться чи ні. Крім того, технологія може відрізнятися в залежності від техніки майстра. Комусь зручно виконувати роботу лівої зварюванням, комусь - правою.

Навіть елементарні способи зварювання арматури повинні виконуватися за інструкцією. Погодьтеся, буде не дуже приємно, якщо перегородка завалиться тільки тому, що зварювальник схалтурив і вирішив трохи заощадити.

На сьогоднішній день все більшого поширення набувають складні і дорогі види отримання сполуки. Обумовлено це деякими чинниками. По-перше, технічний прогрес призводить до того, що далеко не завжди можна використовувати ковальське зварювання через крихкість конструкції. По-друге, намагаються одержати високу якість шва, який не руйнувався б при тривалих динамічних і вібраційних навантаженнях. Цього домогтися нескладно, особливо якщо враховувати, що удари і вібрація - найголовніші вороги зварного з`єднання. Але сучасна зварювання (способи зварювання) постійно вдосконалюється, розробляються все нові підходи до зміцнення та отримання міцних і якісних стиків.