Сварочное оборудование и материалы | Оснастка для сварки

СВАРКА
общее название более 50 разных технологических процессов создания неразъемного соединенияметаллических деталей. Один из старейших способов сварки, в настоящее время редко применяемый, -кузнечная сварка, при которой соединение деталей осуществляется за счет их совместногодеформирования. Современные процессы сварки - электродуговая, газовая сварка, сварка сопротивлением,пайка твердым и др. - основаны на местном сплавлении соединяемых деталей.
ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА
Электродуговая сварка - наиболее широко применяемая группа процессов сварочной технологии. Приэлектродуговой сварке кромки соединяемых деталей расплавляются электрическим дуговым разрядом. Длясварки необходим сильноточный источник питания низкого напряжения, к одному зажиму которогоприсоединяется свариваемая деталь, а к другому - сварочный электрод. Главная роль дугового разряда -преобразование электрической энергии в теплоту. При температуре ок. 5500° С газ в разряде представляетсобой смесь ионизованных частиц, определяющих поведение присадочного металла. Характер дуговогоразряда зависит от присадочного металла, основного металла, защитной среды, параметров электрическойцепи и других факторов.

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ четырех наиболее распространенных видов. а - внахлестку; б - встык; в -угловое; г - втавр.

Напряжение дугового разряда связано прямой зависимостью с длиной дуги: чем длиннее дуга, тем вышенапряжение разряда. Точная форма этой зависимости определяется условиями разряда - наличием илиотсутствием защитной газовой атмосферы, свойствами покрытого электрода, наличием и свойствами флюсаи т.д. При любых условиях дугового разряда существует определенная длина дуги, отвечающаяоптимальным условиям сварки.
Ручная дуговая сварка с защитой зоны сварки. Этот наиболее распространенный вид электросваркиприменяется для сварки мягкой и легированных сталей, чугуна, нержавеющих сталей и в некоторых случаяхцветных металлов. Электрод имеет вид стержня диаметром 1,5-10 мм, закрепляемого в ручномэлектрододержателе. При прикосновении электрода к свариваемой металлической детали замыкается цепьтока, и конец электрода нагревается. Если затем электрод отвести на 3-5 мм от детали, то устанавливаетсядуговой разряд, за счет которого далее и поддерживается ток. Интенсивный локальный нагрев вызываетрасплавление основного металла (металла детали) вблизи дуги разряда. Конец электрода тожерасплавляется, и металл электрода вливается в расплавленную "сварочную ванну" основного металла.Сварщик, следя за тем, чтобы дуговой промежуток не изменялся, ведет электродом вдоль состыкованныхкромок свариваемых деталей. При прохождении электрода образуется расплавленная сварочная ванна изосновного металла и металла электрода, которая затем сразу же затвердевает. В результате однократногопрохождения дуги по контуру сварки образуется сварочный валик. Сварщик должен иметь на головеспециальный щиток со стеклянными светофильтрами для защиты лица, головы и шеи от сварочных брызг, аглаз - от слепящего света. Кроме того, необходимы специальные перчатки из теплоизолирующего инегорючего материала с крагами, а также фартук. Описанный способ сварки довольно универсален иприменяется как в цеховых, так и в полевых условиях для сварки деталей толщиной от 1,5 мм до 15 см иболее.

РУЧНАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА в заводских условиях.

Ключом к успеху такой технологии явилось создание густого флюса - обмазки, окружающей металлическийэлектрод. Флюс защищает дугу и сварочную ванну от загрязнения газами, содержащимися в атмосферномвоздухе, добавляет раскислители для очистки сварочного металла, повышает стабильность плазмы дуговогоразряда и в некоторых случаях обеспечивает подвод легирующих компонентов, а также порошкообразногоосновного металла для ускорения наплавки сварочного металла.
Сварка под флюсом. Этот способ сварки аналогичен предыдущему, но отличается от него тем, чтоэлектродом служит проволока, подаваемая с катушки и подводимая к месту сварки через слой флюса,наносимый по мере продвижения держателя электрода или сварочной головки. Сама дуга при этом невидна. Процесс сварки допускает почти полную автоматизацию и может обеспечивать высокуюпроизводительность при большой толщине свариваемых деталей. Скорость сварки при такой технологиибольше, но требуется время для подготовки деталей к сварке. Поэтому сварка под флюсом экономическиоправдана только при большом объеме работ.
Газоэлектрическая сварка расплавляемым электродом. Этот вид сварки охватывает ряд родственныхтехнологий, подобных сварке под флюсом. Роль флюса в них играет газ, выходящий из сварочного сопла иохватывающий конец электрода, дугу и сварочную ванну. Можно получать разные характеристики дуги,используя аргон, гелий, углекислый газ или смесь перечисленных газов и вводя при необходимости малыедобавки кислорода. Главные преимущества таких технологий - возможность сварки химически активныхметаллов (алюминия, магния, нержавеющей стали, меди, никеля), чистота, возможность визуальногоконтроля, большая скорость и удобство сварки в трудных положениях. Диапазон толщин - от самых малыхдо очень больших. Для сварочного сопла может быть предусмотрено водяное охлаждение. Важныеразновидности такой технологии - дуговая сварка методом опирания и варианты импульсно-дуговой сварки.Эти разновидности позволяют получать некоторые специфические характеристики сварки за счетизменения условий переноса металла через дугу. Они дают некоторые преимущества при сварке тонкихлистов в любом положении, а также деталей большого поперечного сечения в вертикальном и навесномположениях.
Сварка вольфрамовым электродом в инертном газе. Этот метод отличается от предыдущих тем, что внем используется короткий нерасплавляемый вольфрамовый электрод. Под действием тепла от дуговогоразряда плавится основной металл вблизи дуги. Присадочный металл, если он необходим, подводитсяотдельно в виде стержня или проволоки, сматываемой с катушки. Зона сварки обдувается извне инертнымгазом (аргоном или гелием) для защиты от атмосферного воздуха. Такой метод допускает точный контролькак при ручной, так и при механизированной сварке некоторых металлов (алюминия, магния, никеля,нержавеющей стали) и сложных контуров. Параметры сварочной машины выбираются с учетомсвариваемого металла и требований к изделию. Например, при сварке алюминия и магния сварочноймашиной переменного тока цепь сварочного тока должна быть дополнена высокочастотной цепьюстабилизации дуги, либо следует использовать источник тока с большим напряжением разомкнутой цепи.
Дуговая сварка трубчатым электродом. При таком методе (другое название которого - сварка порошковойпроволокой) дуга создается между свариваемой деталью и непрерывным трубчатым электродом,наполненным флюсом. Материал электрода служит присадочным металлом, а продукты разложения флюсаобеспечивают защиту сварочной зоны.
Сварка сжатой дугой (плазменная сварка). Метод аналогичен сварке вольфрамовым электродом винертном газе, но дуга (плазменный столб) ограничивается сварочным соплом, благодаря чемусущественно повышается ее температура. Дуга создается либо между плазменной горелкой и свариваемойдеталью, либо в самой плазменной горелке. Теплом разряда расплавляется основной металл вблизи дуги иотдельно подводимый присадочный металл. Поток горячей плазмы обеспечивает некоторую защиту; принеобходимости над зоной сварки можно создавать дополнительный поток защитного газа.
ГАЗОВАЯ СВАРКА
Самый известный вид газовой сварки - ручная ацетилено-кислородная сварка. При таком методе за счетконтролируемого сжигания ацетилена в кислороде достигается температура пламени ок. 3000° С. Газыобычно подводятся к сварочной горелке по гибким шлангам от газовых баллонов высокого давления,снабженных редукционным клапаном, понижающим давление. Сварщик держит в одной руке горелку, а вдругой - присадочный пруток. Его глаза должны быть защищены от слепящего света и брызг очками стонированными стеклами. Метод особенно подходит для сварки стальных трубопроводов малого диаметра,а также для присоединения арматуры к трубопроводам, для ремонтных работ, пайки-сварки и пайкитвердым. При пайке-сварке сварное соединение получают нагреванием до температуры выше 360° Сосновного и присадочного цветного металла, температура плавления которого ниже, чем у основногометалла. Пайка-сварка применяется главным образом для чугуна, стали и медных сплавов. Сварочныепрутки обычно латунные или бронзовые. Поскольку температура при пайке-сварке не очень высока, сваркабронзой весьма рекомендуется в тех случаях, когда недопустима деформация свариваемого изделия.Оборудованием газовой сварки можно пользоваться для резки стальных элементов толщиной 10-15 см иболее. Существует также специальное оборудование для подводной резки. При т.н. резке кислороднымкопьем нагретая сталь окисляется и выдувается из образующейся узкой прорези тонкой струей кислорода,подводимого под высоким давлением.
СВАРКА СОПРОТИВЛЕНИЕМ
Сварке сопротивлением (контактной сварке) мы обязаны огромными количествами товаров массовогопроизводства из листовых металлов - автомобильных кузовов, хозяйственно-бытового оборудования,железнодорожных вагонов, электровакуумных приборов, электронных компонентов и т.д. Чаще всегоприменяемые виды сварки сопротивлением - точечная, роликовая шовная и рельефная.
Точечная сварка сопротивлением. При таком методе края соединяемых металлических листовскладывают внакрой с достаточно большой нахлесткой, чтобы можно было сжать их двумя электроднымистержнями (с регулируемым усилием сжатия) на время прохождения импульса тока большой силы. Местоконтакта двух тесно сжатых поверхностей сильно нагревается проходящим током, и в этом местепроисходит их сплавление с образованием сварной точки. Если сварка выполнена правильно, то прииспытании сварного соединения оно разрушается не по сварочной границе.
Роликовая шовная сварка сопротивлением. В этом случае электроды имеют вид роликов, вращающихсяпри прохождении между ними соединения внахлестку. На ролики периодически подаются импульсы токатребуемой частоты, так что последовательность перекрывающихся сварных точек образует непрерывныйплотный сварной шов.
Рельефная сварка сопротивлением. Метод аналогичен точечной сварке, но сваривание происходит навыступах основного металла, созданных штампованием или обработкой резанием, либо в точках контактадеталей сборки. Во всех технологиях сварки сопротивлением первостепенное значение имеет точныйконтроль характеристик источника питания и согласование во времени импульсов тока с приложениемдавления. Своим успехом этот метод в значительной мере обязан разработке высокоэффективныхэлектродных материалов. Сварка сопротивлением применяется в основном для тонких элементов (до 5-6мм). Скорость сварки очень велика: одна сварная точка может быть получена за два периода переменноготока, т.е. за 1/30 с. Сварочное оборудование эффективно только при большом объеме работ.
ПАЙКА ТВЕРДЫМ
Пайка твердым позволяет соединять детали сложной формы, которые не поддаются сварке другимиметодами. Отличительной особенностью пайки твердым является применение присадочных металлов стемпературой плавления более низкой, чем для металла соединяемых деталей, но не ниже 360° С. Крометого, такая пайка требует тщательной подгонки соединяемых деталей, чтобы расплавленный присадочныйметалл втекал в зазор под действием капиллярных сил; это возможно лишь в том случае, если выбранныйприсадочный металл способен смачивать основной. Как правило, необходим флюс, растворяющийнежелательные окислы и способствующий смачиванию. Нагревание может осуществляться газовойгорелкой, проходящим током (сопротивлением), индукционным нагревателем, в печи, погружением вгорячую ванну, инфракрасными лампами и пр. Технология пайки твердым хорошо разработана вприменении к задачам авиакосмической промышленности.
ДРУГИЕ ВИДЫ СВАРКИ
Диффузионная сварка. При диффузионной сварке соединяемые поверхности сдавливают и нагревают (ноне до расплавления металла), обычно в вакууме. Сварной шов образуется в результате диффузии одногоматериала в другой, вызванной нагревом и сдавливанием. Применение такой технологии экономическиоправдано только тогда, когда требуется изготавливать детали из дорогостоящих материалов (титана,циркония и т.д.) с очень малыми допусками на размеры. Основные области применения диффузионнойсварки - авиакосмическая, электронная, инструментальная промышленность, ядерные технологии.
Сварка электронным лучом. Нагрев осуществляется в вакуумной камере концентрированным пучкомэлектронов высокой энергии. Метод пригоден практически для любых металлов. Такой сваркой обычновыполняются плотные соединения встык и внахлестку.
Сварка взрывом. Тепло выделяется локально за счет трения между соединяемыми поверхностями.Движение вызывается контролируемым взрывом, который с огромной силой сжимает контактирующиеповерхности. В зоне сварки происходят взаимопроникновение волнообразной формы и частичноесплавление. Метод применяется для плакирования таких металлов, как сталь, инородным материалом,например алюминием.
.
Сварка трением. Разогрев поверхностей происходит за счет вращения одной из них, прижимаемой к другой,неподвижной. При последующем резком прижатии поверхностей деталей локализованный нагрев приводит ких сплавлению.
Высокочастотная сварка. Кромки свариваемых деталей разогревают токами высокой частоты,подводимыми индукционно или контактами, а затем детали сжимают. Присадочный металл неиспользуется. Метод применяется в основном для изготовления труб и фасонных изделий из сортовойстали.
Лазерная сварка. Разогрев производится сфокусированным лазерным лучом. Метод подобен сваркеэлектронным лучом, но имеет свои преимущества. Лазерный луч применяется также для резки металлов идругих материалов.

Сварка ультразвуком. Сваривание происходит под действием ультразвукового луча в месте соединенияпредварительно сжатых деталей. Точечным или непрерывным швом свариваются тонкие алюминиевые имедные фольги, а также пластиковые пленки. Сварочным инструментом служит ультразвуковой излучатель,преобразующий электрические колебания в механические. Используется для запечатывания упаковочнойалюминиевой фольги и пластиковой пленки. Исполнение быстрое и экономичное.
ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ ИСПЫТАНИЯ
Чаще всего применяются сварные соединения встык, внахлестку, угловые и втавр. Все они могутвыполняться со сварными швами разного вида - с разделкой кромок, угловыми, точечными и роликовыми.Для обеспечения высокого качества сварного шва и высокой прочности сварного сечения необходим жесткийконтроль. Свойства сварного сечения можно определять такими методами, как испытания на растяжение,на изгиб и на удар. К неразрушающим методам испытаний относятся рентгеновская, гамма-, ультразвуковаядефектоскопия, магнитно-порошковый и акустический методы, метод вихревых токов и испытания наплотность.

Энциклопедия Кольера

ЛИТЕРАТУРА
Глизманенко Д.Л. Сварка и резка металлов. М., 1975 Николаев Г.А., Ольшанский Н.А. Специальные методысварки. М., 1975 Багрянский К.В. Теория сварочных процессов. Киев, 1976 Геворкян В.Г. Основы сварочногодела. М., 1979