Что используют при сварке

Материалы, применяемые при сварке: характеристика, особенности

Содержание:

Сварка металлов относится к металлургическим процессам, которые характеризуются получением расплавленного участка, путем нагрева при помощи электрического тока или горючих газов, и последующей быстрой кристаллизации свариваемого участка.

Для обеспечения качественной сварки используются специальные материала, которые обеспечивают следующие функции:

• формирование нужных геометрических размеров получаемого при сварке шва;
• обеспечение необходимого химического состава расплавленного металла на месте сварного шва;
• защита расплавленного металла от взаимодействия с составляющими воздуха;
• сохранение стабильного состояния металла в процессе сварки;
• освобождение шва от лишних примесей, изменяющих физические свойства получаемой сварки.

Сварные материалы, то есть материалы, применяемые при сварке, делятся на следующие виды: сварочные электроды, сварочная и присадочная проволока, флюсы, газы и керамические подкладки. Об электродах и флюсах сегодня и пойдет речь.

Электроды.

Металлические электроды делятся по своему назначению, толщине покрытия, по допустимым пространственным положениям сварки на три группы.

Электроды должны иметь качественное однородное покрытие, без трещин и наплывов. Для сваривания низколегированных и углеродистых стальных конструкций предусмотрены электроды марки Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60, применяются и Э70, Э85,Э100, Э125, Э150, а для теплоустойчивых сталей Э-09М, Э-09МХ.

По своему покрытию электроды делятся на тонкие и толстые. Тонкое покрытие предназначено для облегчения возбуждения электродуги и ее стабилизацию. В таких покрытиях чаще всего используются соли калия, натрия, бария, стронция. Электроды с тонким покрытием образуют хрупкий сварной шов, поэтому используются для выполнения швов, не подвергающихся нагрузке.

Для ответственных сварных швов используют толстые электроды с качественным покрытием. Такие электроды гарантируют качественную дугу, защиту расплавленного шва от воздействия кислорода и азота, удаление ненужных химических оксидов из металла в шлак. Толстые электроды позволяют изменять состав расплавляемого металла, путем ввода легирующих примесей в виде присадочной проволоки.

По химическому составу сварочные проволоки делятся на низкоуглеродистые, легированные, и высоколегированные, которые соответственно используются для различных типов сталей. В зависимости от входящего в проволоку химического элемента, сварные швы приобретают определенные физические свойства. Так углерод снижает склонность металла к пористости, кремний, наоборот, способствует образованию пор, наличие фосфора и серы может привести к образованию трещин и повышенной хрупкости.

Для сваривания медных конструкций используют проволоку и медносодержащие прутки, алюминий сваривают алюминиевой проволокой. Нередко вместо легированной стальной проволоки высокой стоимости используют порошковую электродную проволоку, состоящую из смеси ферросплавов и графита. Сварка порошковым электродом может проводиться открытой дугой, в защитных газах и под флюсом.

Флюсы.

Флюсы – это специальные неметаллические материалы для защиты сварных швов и улучшения их физических свойств. Для электродуговой сварки, используется флюс в виде порошка, для газовой электросварки флюс может быть использован в виде пасты, порошка или специального газа. Использование флюса позволяет значительно улучшить качество получаемого сварного шва. Флюсы по своему назначению разделяют на три группы: для углеродистой стали, для высоколегированной стали и для сварки цветных металлов и их сплавов. Флюсы позволяют легко отделять лишние примеси из расплавленного металла.

Роль защитных газов при сварке металлов заключается в защите от взаимодействия расплавленного металла с воздухом. В качестве таких газов принято использовать инертные газы, такие как аргон, гелий и их смесь, а также активные газы, такие как углекислый газ. Защитные функции инертными газами обеспечиваются в результате полного отсутствия реакции между ними и металлом, инертные газы абсолютно не растворяются в металлах при сварке, а активные металлы наоборот очень хорошо растворяются и вступают в реакцию с металлами, вымещая лишние соединения.

Для обеспечения качественного шва также используются горючие газы, такие как ацетилен, пропанобутановая смесь, которые помогают поддерживать нужную температуру. Сформировать сварной шов нужной геометрической формы помогают специальные керамические подкладки, которые просто незаменимы при формировании обратного валика.

Все эти материалы, применяемые при сварке, помогают получать высококачественные сварные швы, отвечающие всем требованиями качественной сварки металлов разных составов.

Основные виды сварки

Сварка электротоком делится на 2 принципиальных класса: недуговая и дуговая.

Недуговую сварку чаще называют контактной. В контактной сварке электроды, подающие ток, прикладываются непосредственно к металлу, который сваривают. Сквозь метал, расположенный между поднесенными электродами, подается короткий, но очень мощный разряд тока (тысячи ампер). Сплавление при этом получается только между приложенными электродами. Если электроды расположены прямо друг против друга, то сварное соединение получается точечным. Хотя точечная сварка – не единственный вид контактной сварки, но зато самый распространенный. Поэтому понятия «точечной сварки» и «контактной сварки» часто используют в виде синонимов. Напряжение точечной сварки составляет считанные вольты. Поэтому контактная сварка применяется преимущественно для скрепления тонколистового металла. Например, в автомобилестроении.

В строительстве гораздо большее распространение получила сварка электродуговая. При электродуговой сварке между источником тока (электродом) и свариваемым металлом находится небольшой промежуток, заполняемый электрической дугой. Ошибочно предполагать, что это промежуток воздуха. Это промежуток ионизированного газа, проводящего ток. Дуговая сварка, как мы ее представляем сегодня, без газа невозможна. Просто газ может подаваться из отдельного баллона, а может образовываться в результате горения обмазки электрода.

Самыми распространенными в строительстве являются следующие технологии:

• ММА (в отечественной классификации – ручная дуговая сварка, или РДС)
• TIG (аргоно-дуговая)
• MIG-MAG (полуавтоматическая, проволокой).

Популярность данного вида сварки предопределена как раз отсутствием необходимости таскать с собой баллон с газом. Обмазка электрода – и есть «застывшее» газовое облако. Как только электрод коснется металла и полученный ток короткого замыкания расплавит металл электрода, расплавится и обмазка вокруг него. Образовавшееся облако газа обеспечит проводящую ионизированную среду для дуги и защиту расплавляемого металла от доступа кислорода.

Электроды подбираются по типу металла и диаметру. Тип металла важен, так как в процессе работы метал стержня электрода капля по капле перетекает в свариваемый метал и сплавляется с ним. Для крепкого соединения металл стержня электрода и свариваемый метал должны быть идентичны. На упаковке электродов всегда указывается, для каких металлов подходят данные электроды.

После того, как определились с типом электрода, необходимо определиться с его толщиной. Вопрос новичка: зачем нужны электроды разных диаметров? Все просто. Чем толще электрод, тем больше сила тока, которая его может расплавить. То же и с кромками свариваемого металла. Поэтому толщина электрода подбирается под толщину свариваемого металла. Для черных металлов рекомендуется:

Технология ММА позволяет работать с большинством распространенных металлов, за исключением алюминия и сплавов на его основе. Хотя теоретически и это возможно при наличии помощника, если добиться, чтобы зачищенные алюминиевые поверхности не успевали покрыться пленкой до расплавления. Но правильнее, конечно, просто использовать подходящие для этого сварочные технологии.

Потребители сварки TIG – сплошь профессионалы и продвинутые пользователи, причем почти поголовно не строительного направления. TIG обеспечивает более аккуратные швы, но сильно уступает ММА в производительности и простоте использования.

Например, многие «любители», отточив свое мастерство на аппаратах ММА, испытывают досаду от неудач при первом опыте с TIG. Оказывается, в отличие от ММА, зажечь дугу аппаратом TIG, если только он не оборудован таким устройством, как осциллятор, непросто. (А практически все аппараты «2 в 1» не оборудованы, конечно). Чиркает сварщик вольфрамовым электродом – искра есть, а дугу поднять не получается. Но вот бывалый сварщик подкладывает под электрод кусочек угля – и дуга пошла без проблем. Не случайно, что в продажах розничных магазинов специализированные аппараты TIG редко превышают долю в 1%.

Отдельного упоминания в сварке TIG заслуживают аппараты с возможностью переключения на режим переменного сварочного тока, т.н. AC/DC. Вот эти аппараты и являются основным оборудованием для сварки алюминия. Именно они преимущественно и составляют этот самый 1% TIG в розничных продажах сварочного оборудования.

MIG-MAG

Полуавтоматическая сварка проволокой применяется в основном для сварки листового металла. Поэтому традиционно ее основная сфера применения – кузовной ремонт, а также строительство конструкций из черного тонколистового металла. Использование проволоки вместо сменных электродов сильно повышает производительность. На бытовых аппаратах используются катушки емкостью 1 и 5 кг, а на профессиональных – 5 или 15 кг.

Проволока может использоваться как обычная (без обмазки), так и с обмазкой (т.н. флюсовая). В первом случае обязательно применение баллона с газом (режим GAS). Во втором баллон не требуется (NO GAS). Несмотря на то, что работать без баллона удобнее, в продажах с большим отрывом лидирует проволока без обмазки. Причина банальна: она гораздо дешевле флюсовой. Кроме того, многие профессионалы считают, что аккуратность швов в среде газа от баллона получается выше.

Несмотря на то, что данный вид сварки тоже относится к электродуговой, принцип устройства у MIG-MAG принципиально отличается от принципов MMA и TIG. В ММА и TIG важно поддерживать стабильность тока, несмотря на колебания электрода, в MIG-MAG важно поддерживать стабильность напряжения дуги. А сила сварочного тока в аппаратах MIG-MAG – показатель условный (хотя по привычке, выработанной в ММА, большинство ориентируется именно на него). Сила сварочного тока в MIG-MAG будет зависеть от выставленного напряжения, диаметра используемой проволоки, применяемого газа и скорости подачи проволоки. Так что сделать из аппарата ММА полуавтомат MIG-MAG путем приделывания блока подачи проволоки и горелки не получится.

Основные виды сварки

Наиболее распространенными являются следующие виды сварки.

Механическая сварка.
Она же сварка взрывом. Выделение тепла происходит за счет трения между соединяемыми материалами. Трение происходит за счет взрыва, который сжимает соприкасающиеся поверхности деталей. Данный метод применяется для плакирования металлов инородным материалом. Например, сталь плакируется алюминием.

Термическая сварка.

Данный тип сварки включает в себя несколько разновидностей, которые мы сейчас и рассмотрим.

Электродуговая сварка.

Данный вид сварки наиболее часто используемый. Расплавление свариваемых материалов и/или деталей происходит за счет выделяемой электрической дугой теплоты. После застывания свариваемые поверхности образуют единое сварное соединение. Для данного типа сварки необходим сильноточный источник питания низкого напряжения. К его зажиму присоединяется сварочный электрод, к которому, в свою очередь, прикасается свариваемая деталь.
Основными «подвидами» электродуговой сварки являются: ручная дуговая сварка, сварка неплавящимся электродом, сварка плавящимся электродом, сварка под флюсом, электрошлаковая сварка.

Ручная дуговая сварка.
Является универсальным технологическим процессом. С её помощью можно производить сварочные работы в любом пространственном положении, из различных марок сталей, даже при отсутствии необходимого оборудования. Используется специальный покрытый флюсом электрод. Покрытие используется для защиты шва металла от внешних воздействий. Сварка проводится на постоянном токе прямой или обратной полярности и на переменном токе. Данный вид сварки применяется для выполнения коротких и криволинейных швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах.

Сварка неплавящимся электродом.
В качестве электрода используется стержень из графита или вольфрама. Температура плавления данных материалов выше температуры, при которой протекает сварочный процесс. Сварка чаще всего проводится в среде защитного газа (аргон, гелий, азот и их смесях) для защиты шва и электрода от влияния атмосферы. Сварку может проводить как без присадочного материала, так и с ним. В качестве присадочного материала используются металлические прутки, проволока, полосы.

Сварка плавящимся электродом.
В качестве электрода используется проволока (стальная, медная или алюминиевая), к которой через токопроводящий наконечник подводится ток. Электрическая дуга расплавляет проволоку, и для обеспечения её постоянной длины проволока подаётся автоматически механизмом подачи. Для защиты от атмосферы применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки вместе с электродной проволокой.

Сварка под флюсом.
В этом виде сварки конец электрода также представлен в виде металлической проволоки или стержня, на конец которой (-го) подается слой флюса. В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту, кремниевую кислоту и др. Флюсы используются в виде порошков, паст, водных растворов. Горение дуги происходит в газовом пузыре, находящемся между металлом и слоем флюса. Сама дуга при этом не видна. Благодаря этой технологии усиливается защита металла от вредного воздействия атмосферы и улучшается глубина проплавления металла.

Электрошлаковая сварка.
При электрошлаковой сварке в качестве электродов служат: электродная проволока, стержни, пластины. Источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток. При этом теплота, выделяемая флюсом, расплавляет кромки свариваемых деталей и присадочную проволоку. Способ находит своё применение при сварке вертикальных швов толстостенных изделий. Электрошлаковую сварку используют в машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций.

Плазменная сварка.

Источником теплоты является плазменная струя, получаемая при нагреве электрическим током электрода. Струя плазмы сжимается и ускоряется под действием электромагнитных сил, оказывая на свариваемое изделие как тепловое, так и газодинамическое воздействие. Теплом струи расплавляется основной металл около дуги, а также присадочный металл. Помимо сварки этот способ часто используется для наплавки, напыления и резки.

Электронно-лучевая сварка.

Источником теплоты является электронный луч. Луч получается за счёт термоэлектронной эмиссии с катода электронно-лучевой пушки. Данный вид сварки применяется в промышленных условиях в вакуумных камерах. Известна также технология сварки электронным лучом в атмосфере нормального давления, когда электронный луч покидает область вакуума непосредственно перед свариваемыми деталями. Кстати, подробный обзор этого типа сварки читайте тут.

Лазерная сварка.

Источником теплоты служит сфокусированный лазерный луч. Применяют твердотельные, газовые, жидкостные и полупроводниковые лазерные установки. Лазерный луч также используется для резки различных материалов. Основными достоинствами лазерной сварки являются: возможность вести процесс на больших скоростях, практически отсутствие деформаций изделия и узкий шов.

Газопламенная сварка.
Источником теплоты является газовый факел, образующийся при сгорании смеси кислорода и горючего газа. В качестве горючего газа могут быть использованы ацетилен, водород, пропан, бутан и их смеси. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, оплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны. Пламя может быть «окислительным» или «восстановительным», это регулируется количеством кислорода.

Термомеханическая сварка
Сварка происходит за счет нагревания свариваемых поверхностей. У этого вида сварки тоже имеются свои разновидности.

Контактная сварка.
При данном типе сварки изделия нагреваются и происходит их деформация, что обеспечивает их взаимное проникновение. Свариваемые детали зажимаются в сварочных клещах, и по электродам пускают ток высокого напряжения, который плавит детали. Затем ток отключают и сильно сжимают клещи, из-за чего металл кристаллизируется, образуя сварной шов.

Диффузионная сварка.
При диффузионной сварке соединяемые поверхности сдавливают и нагревают. Обычно этот процесс происходит в вакууме. В результате этого действия образуется сварочный шов. Данная технология весьма дорогостоящая и поэтому находит свое применение в основном в авиакосмической, электронной и инструментальной промышленности.

Кузнечная сварка.
Сваривание поверхностей происходит за счет ударов кованым молотом по раскаленным деталям. Данный тип сварки не надежен, малопроизводителен и пригоден для ограниченного числа сплавов. Кузнечная сварка на сегодняшний день практически нигде не используется.

Сварка высокочастотными токами.
Свариваемые изделия располагают вплотную друг к другу и разогревают за счет пропускания тока высокой частоты, затем детали сжимают. После этого полученному изделию необходимо остыть, и оно готово. Метод применяется в основном для изготовления труб и фасонных изделий из сортовой стали.

Что такое сварка и какие виды бывают

В промышленности, строительстве и при ремонте используются различные способы стыковки деталей конструкций. Наибольшее распространение получили разнообразные виды сварки, которыми скрепляют не только однотипные и разнородные металлы, но также стекло, пластик, керамику. Популярность технологии объясняется высокой прочностью и надежностью соединений.

Определение процесса сварки

Независимо от вида, сваркой называют технологию создания неразъемных соединений путем нагрева, деформирования или комбинированием обоих методов. Сущность сварки заключается в том, что под действием внешнего источника энергии (тепла, давления) между соединяемыми материалами образуются прочные связи на межатомном уровне. После кристаллизации в процессе остывания на стыке образуется сварочный шов. В зависимости от вида материала и условий проведения работы, это локальный или общий нагрев и деформирование стыкуемых поверхностей.

Классификация видов сварки

В зависимости от критериев, классификацию способов сварки выполняют по виду защиты расплавленного металла от кислорода воздуха, способу управления процессом, материалу и т. д. Также учитываются технологические особенности проведения сварочных работ. По способу воздействия на детали выделены три основных вида сварки:

1. Механическую проводят внешним давлением, под действием которого поверхности деформируются, что приводит к плотному соединению.
2. Термическую выполняют с применением дополнительных материалов, которые расплавляются теплом от источника энергии. Жидкий металл заполняет промежуток между заготовками, после остывания образуется прочное соединение.
3. При термомеханических (комбинированных) видах сварки детали подвергаются совместному воздействию тепла и давления. Для повышения пластичности детали предварительно нагревают, затем сжимают.

Термический класс сварки

Эти способы сварки выполняются с образованием сварочной ванны из расплавленного металла деталей и электрода или присадочного материала.

Дуговая

Тепло для локального плавления металла заготовок выделяется при горении электрической дуги между электродом и заготовками. Для зажигания кратковременно касаются электродом поверхности, затем отводят на расстояние 2 — 5 мм. Чем короче дуга, тем выше ее температура.

Для соединения деталей используют следующие методы сварки:

• ручную, когда все манипуляции с электродом выполняет сварщик;
• полуавтоматическую с подачей электродной проволоки механизмом, установленным в аппарате;
• автоматическую, когда процесс выполняется по заданному алгоритму без вмешательства человека.

Дуговой вид выполняется плавящимися и неплавящимися угольными или вольфрамовыми электродами с введением присадочной проволоки в рабочую зону. Для защиты расплавленного металла от соприкосновения с воздухом механизированные способы проводят под флюсом или в среде инертного газа.

Газовая

В отличие от дугового вида при газовой сварке нагрев и охлаждение материала происходит более медленно. Поэтому этим методом проще сваривать тонкостенную сталь, цветные металлы, проводить наплавку. Независимость от электроэнергии позволяет работать в полевых условиях.

Стык нагревается факелом горелки, который образуется при сгорании в чистом кислороде ацетилена, пропана, водорода, паров бензина или керосина. Шов формируется за счет плавления присадочного материала. Для сварочных работ чаще используют ацетилен, температура пламени которого доходит до 3100⁰C. Похожая по принципу работы плазменная сварка выполняется струей ионизированного газа с температурой больше 10000⁰C.

Лучевая

Технология основана на плавлении материала деталей световым лучом лазера или потоком электронов, создаваемого электронной пушкой. Оба метода применяются преимущественно в радиоэлектронной отрасли для соединения и крепления микроэлементов. Чтобы луч не рассеивался, электронно-лучевая сварка проводится в вакуумной камере.

Лазерная сварка позволяет накладывать швы с высокой точностью. При этом, практически не нагреваются прилегающие поверхности, что исключает деформирование даже очень тонкого материала. Для работы в труднодоступных местах изменяют направление луча призмами. Процесс рекомендуется проводить в среде инертного газа.

Термитная

Для сварки этого вида используют порошкообразную смесь (термит), состоящую из алюминия, магния, окислов железа. При сгорании образуется тепло, которое расплавляет кромки заготовок. Расплавленный термит смешивается с металлом деталей, после кристаллизации образуется соединение.

Для запуска процесса термит дистанционно поджигают пиропатроном, электрическим разрядом, бикфордовым шнуром. Температура горения смеси достигает 2700⁰C, которой достаточно для сварки металлов распространенных видов. Термитным способом ремонтируют крупногабаритное оборудование, рельсы, сращивают провода на линиях электропередачи.

Электрошлаковая

Эта разновидность термической сварки применяется для соединения стали толщиной от 5 см до 3 м. Заготовки устанавливают вертикально, зазор между ними с обеих сторон закрывают подвижными ползунами из меди с водяным охлаждением. Снизу на поддон насыпают слой флюса, под которым зажигают дугу.

После расплавления флюса образовавшийся шлак становится электропроводным. Дуга гаснет, но проходящего через шлак тока хватает для плавления новых порций флюса, электрода и кромок. По мере остывания расплава в сварочной ванне ползуны постепенно передвигаются выше. Этим способом соединяют заготовки за один проход независимо от их толщины без образования трещин.

Термомеханический класс сварки

Комбинированными видами соединяют небольшие детали, если другими способами невозможно создать качественный шов. К термомеханическому классу относят следующие виды сварки:

Кузнечная

Этим способом соединяли железные заготовки задолго до изобретения современных классов сварки. Заготовки нагревают в горне, кладут одна на другую, скрепляют ударами молота. Механизированный подвид, когда заготовки сдавливаются прессом, называют прессовой сваркой.

Качество соединения зависит от опытности мастера. Перечень металлов, которые можно сваривать этим методом, ограничен видами с хорошей пластичностью. Из-за малой производительности и низкой надежности соединения кузнечный вид сварки применяется редко.

Контактная

Металл нагревают током, проходящим через место соприкосновения заготовок, затем сжимают или осаживают. Этот вид легко автоматизируется, поэтому широко используется на предприятиях машиностроительной отрасли в составе роботизированных комплексов.

В зависимости от решаемых задач контактный вид сварки выполняют как:

1. Точечную, зажимая детали между электродами. После подачи тока в месте сдавливания образуется точечное соединение.
2. Стыковую с нагревом всей площади соприкосновения.
3. Рельефную с предварительным нанесением выступов (рельефов) на соединяемые плоскости. После подачи тока рельефы деформируются, поверхность выравнивается.
4. Шовную, когда детали соединяют внахлест роликовыми электродами.

Диффузионная

Технология основана на взаимном проникновении (диффузии) атомов материалов, если их плотно прижать один к другому. При нагреве скорость обмена частицами увеличивается. Сварку проводят в вакуумной камере или среде инертного газа. Детали сжимают с усилием не меньше 20 МПа, поверхностные слои нагревают электротоком до температуры близкой к точке плавления. Для надежного сцепления заготовки оставляют в этом положении на некоторое время, не отключая ток.

Механический класс сварки

Эти виды сварки выполняют за счет энергии трения, взрыва, давления, ультразвука. При их воздействии выделяется тепло, достаточное для плавления материала.

Трением

Технология входит в список перспективных разработок. Одну из соединяемых заготовок крепят неподвижно, другая, прижатая к ней, вращается. Подробная классификация сварки трением включает следующие подвиды:

1. С перемешиванием выполняется на оборудовании, оснащенном инструментом вращения с двумя элементами ― основанием (бурт) и наконечником (пин). Соединение создается методом выдавливания с последующим перемешиванием.
2. Радиальной стыкуют трубы, помещая вращающееся кольцо между торцами.
3. Штифтовой заделывают небольшие сквозные повреждения. На месте дырки просверливают круглое отверстие, в которое вставляют вращающийся штифт из такого же металла что и основной.
4. Линейная выполняется без вращения. Заготовки трут одна о другую пока не начнут плавиться стыкуемые поверхности, затем повышают усилие сдавливания.
5. При инерционном виде сварки заготовки двигают за счет энергии предварительно раскрученного маховика.

Холодная

В основу технологии заложен принцип сжатия деталей пуансонами с усилием 1 — 3 ГПа. Точечную сварку проводят стержнями, шовную роликами. Пуансон вдавливают в заготовку до образования пластической деформации, что способствует появлению межатомных связей и созданию соединения между деталями. Сварку выполняют простым сжатием или со сдвигом деталей после сдавливания. Прочность соединения зависит от качества подготовки места стыка, степени сжатия, характера воздействия (вибрационное либо статичное).

При соединении встык величину деформации ограничивают размером выступающих из зажимов частей заготовок. Чтобы предотвратить коробление листов при соединении внахлест, их закрепляют прижимами. После пластической деформации металл становится тверже, поэтому прочность шва выше, чем у заготовок.

Холодный вид соединения применяют для работы с алюминием, медью, цинком, серебром и другими металлами с низкой температурой плавления.

Взрывом

Для сварки этим способом над стационарной заготовкой под углом 3 — 10⁰ или параллельно с зазором 2 — 10 мм устанавливают подвижную (метаемую) деталь. На верхнюю пластину помещают равномерный слой взрывчатки с детонатором. Чтобы предотвратить боковой разлет металла, площадь подвижной заготовки делают больше чем у нижней.

После подрыва подвижная деталь под действием ударной волны с большой скоростью ударяется о нижнюю пластину. В месте соприкосновения образуется давление, значительно превышающее прочность металлов, при котором материал начинает течь как жидкость. В результате поверхности одновременно деформируются, создавая соединение. Длительность процесса не превышает миллионных долей секунды, поэтому диффузия происходит только в поверхностных слоях.

Несмотря на то, что до сих пор не разработана детальная методика этого вида, сварка взрывом получила широкое применение в промышленности для стыковки разнородных материалов. Таким способом получают биметаллические соединения, детали и заготовки больших размеров, наносят плакирующие слои толщиной до 45 мм.

Ультразвуковая

Такой вид сварки проводится преобразователем ультразвуковых волн в механические колебания в сочетании с небольшим давлением. При воздействии на поверхность сначала за счет сухого трения разрушается оксидная пленка, затем плавится материал. Поэтому нет необходимости в тщательной подготовке стыка. Для повышения прочности шва детали предварительно подогревают.

Помимо металлов, в том числе тугоплавких, этим видом соединяют пластик, кожу, ткани. Также доступно сваривание стекла и керамики с металлом, фольги толщиной 0,001 мм. При необходимости детали можно сваривать с металлической или пластмассовой прослойкой между ними.

В сварочном деле постоянно что-то меняется, улучшается, дорабатывается. Поэтому для повышения мастерства полезно знакомиться с новинками и тестировать на практике. Какие-то из них пригодятся профессиональным сварщикам, другие для домашних работ.

Сварочные материалы: классификация и характеристики

Во время сварки изделий применяются сварочные материалы. Они позволяют обеспечить стабильное горение дуги, беспористые сварные швы, которые устойчивы к образованию повреждений. Ниже будет представлена их классификация и назначение.

Материалы для сварки выполняют такие функции:

• обеспечивают стабильность сварочного процесса;
• удаляют из металла шва вредные примеси;
• обеспечивают правильные геометрические размеры швов;
• обеспечивают получение материала шва с определенным химическим составом и свойствами;
• помогают защитить расплавленный металл от воздействия воздуха.

Классификация сварочных материалов

Итак, на какие категории подразделяются данные материалы:

• электроды и присадочные прутки — к ним относятся электроды с кислым, целлюлозным, смешанным, рутиловым, основным и другим покрытием, а также неплавящиеся электроды;
• проволока — бывает активированной, порошковой или сплошной;
• флюсы — подразделяются на электропроводные и защитные;
• газы — для поддержки горения, защитные, которые бывают активными и инертными, и горючие;
• керамические подкладки — используются для соединения стыковых, угловых и тавровых швов, бывают всепозиционными, круглыми и др.

Электроды и проволоки

Проволоки и электроды нужны для обеспечения подачи электропитания в сварочную зону с целью нагрева. Плавящиеся электроды с покрытием, некоторые виды проволоки и защитный флюс для дуговой сварки включают в себя специальные компоненты, которые способны защитить металл от воздействия воздуха, поддерживают стабильность процесса работы и помогают получить определенный химический состав металла шва и не только. А присадочный пруток в шов вводится при сварке.

Плавящиеся проволоки используются в работе в таких ситуациях:

• под флюсом;
• в защитных газах;
• при электрошлаковой сварке.

Стальные проволоки бывают трех видов:

• легированные;
• высоколегированные;
• низкоуглеродистые.

Всего по сортаменту насчитывается 77 разновидностей.

При выборе той или иной марки меняется химический состав сварного шва. Чаще всего применяют проволоку, по составу напоминающую металл, который обрабатывается. Материал должен соответствовать ГОСТу и быть указан на упаковке изделия.

В свою очередь, низкоуглеродистая и легированная сталь для производства проволоки бывает омедненной и неомедненной. Для ручного типа сварки применяется проволока, которая порублена на куски по 360−400 мм в длину. Приобрести ее можно в мотках по 20−85 кг весом. Каждый такой моток имеет этикетку, где указаны производитель и технические параметры изделия.

Для работы нельзя использовать проволоку сомнительного производства неизвестной марки. Поверхность присадочной проволоки должна быть гладкой, на ней не должно быть жира, ржавчины или окалины. Выбирать ее нужно по показателю плавления, он должен быть ниже аналогичной характеристики у соединяемых материалов.

Одно из качественных свойств проволоки — это способность плавиться постепенно, без резкого выброса брызг. Если специальной проволоки для соединения изделий из нержавейки, латуни, свинца или меди нет, то применяют полоски порезанного металла из того же материала, который сваривается.

Пластины и стержни

Пластины используются для электрошлаковой сварки, а дуговая сварка осуществляется с применением электродного металлического стержня с покрытием на основе электрода. Толщина электродов бывает трех видов:

Тип сварочного материала с разным покрытием обозначается буквами таким образом:

• А — покрытие имеет кислотные добавки;
• Б — классический вариант;
• Ц — покрытие содержит целлюлозу;
• П — в поверхностном слое присутствуют смешанные материалы.

При резке и газовой сварке применяют горючие газы и те, что поддерживают горение. Сюда относятся:

• кислород;
• ацетилен;
• водород;
• пропанобутановая смесь;
• метилацетилен-алленовая фракция.

Защитные газы предназначены для обеспечения газовой защиты материала в расплавленном виде от воздуха. Защитные газы такие:

• инертные (гелий, аргон и смеси на их основе);
• активные (углекислый газ и смеси на его основе).

Инертный газ в химическую реакцию с металлом вступать не умеет и почти в нем не растворяется, а активные газы способны вступать в такую реакцию и растворяться в металлах.

Что касается кислорода, то он тяжелее воздуха и помогает газам и парам сгореть максимально быстро, при этом способно выделяться тепло, а температура плавления при этом максимальная. При этом сжатый кислород при взаимодействии со смазочными материалами и жирными маслами может привести к взрыву и самопроизвольному воспламенению, соответственно, работать с кислородными баллонами следует только в чистых условиях, где подобное исключено. Сварочные материалы кислородного типа нужно хранить, только соблюдая нормы пожарной безопасности.

Сварочный кислород бывает техническим, получается из атмосферы. А воздух при этом обрабатывается в разделительном аппарате, в итоге удаляются углекислые примеси, а готовый продукт сушат. В жидком виде кислород для хранения и перевозки содержится в специальных емкостях, имеющих высокую теплоизоляцию.

Другой газ, ацетилен, — это кислород, соединенный с водородом. При нормальной температуре ацетилен имеет газообразное состояние. Он бесцветный и включает примеси сероводорода и аммиака. Опасность представляют воспламеняющиеся компоненты такого материала, сварочное давление от 1,5 кгс/см2 или же ускоренное нагревание до температуры в 400 градусов также могут привести к взрыву.

Газ производится посредством электродугового разряда, который разделяет жидкие горючие компоненты, или через разложение карбида кальция под воздействием жидкости.

Существуют и заменители ацетилена. Согласно требованиям к материалам для сварочных работ, возможно применение паров жидкостей и прочих материалов. Их используют, если температура нагрева в два раза больше показателя плавления металла.

Чтобы горел тот или иной вид газа, нужно определенное количество кислорода в горелке. Те или иные горючие вещества используются вместо ацетилена, поскольку они недорогие и их легко добыть. Использовать их можно в разных промышленных сферах, но применение таких веществ ограничено ввиду их относительно низкой границы нагрева.

Флюсы для сварки и другие материалы

Флюс в процессе сварочных работ имеет разное назначение. Благодаря ему можно растворить окислы на поверхности металла, что способствует облегчению процесса смачивания заготовки расплавленным металлом. Еще флюс является барьером для доступа кислорода, выступая в роли покрытия горячей поверхности заготовки, и не допускает окисления металла. А еще расплав флюса может выступать как теплообменная среда, облегчая нагревание стыка.

Флюсы отличаются друг от друга по следующим параметрам:

• способу производства;
• назначению;
• своему химическому составу и прочим параметрам.

Например, по способу производства они бывают плавлеными и неплавлеными. Плавленые флюсы производятся посредством сплавления частей шихты в печах. А вот неплавленые части флюсовой шихты могут быть скреплены без сплавления.

Флюс состоит из порошка или пасты определенного состава, его производят на основе борной кислоты или же прокаленной буры. Флюсы не применяют для соединения легированных сталей.

А другой вид материала для сварки, керамическая подкладка, применяется для того, чтобы создать качественный шов и сформировать обратный валик.

Все перечисленные сварочные материалы еще могут подразделяться по типу свариваемых металлов и сталей. Например, одни предназначаются для соединения углеродистых сталей, другие — для нержавеющих или низколегированных либо чугуна, меди и прочих материалов.

Общие требования к сварочным материалам

Независимо от того, какой используется тип сварки, следует применять материалы согласно существующим стандартам, где прописаны все требования к ним. Все заводские изделия должны иметь сертификат с указанием технических характеристик:

• товарный знак производителя;
• буквенно-цифровые условные обозначения, указывающие на тип и марку изделия;
• заводской номер смены и партии плавки;
• показатель поверхностного состояния проволоки или электрода;
• химический состав материала и процентное соотношение его компонентов;
• механические особенности направленного шва;
• вес нетто.

Для всех электродов важным требованием является хорошо сформированный шов и дуга со стабильным горением. Металл полученной направки обязан соответствовать заранее заданному химическому составу, во время работы должно происходить равномерное расплавление стержня, без брызг и выделения токсичных компонентов. Проволока позволяет осуществить качественную работу. Электроды могут очень долго сохранять свои технические параметры.

Чтобы произвести качественную работу, важно учитывать каждую деталь. Чтобы соединение было прочным и стойким, используйте только качественные материалы и делайте все согласно требованиям.