Сварка необходима и в быту, и в малом строительстве и т. д.

В древности сварки как самостоятельной технологии не существовало, а простейшие сварочные операции вы­полняли кузнецы и литейщики.
Кузнецы разогревали де­тали в горне, соединяли, а затем проковывали их.
Этот способ известен и сегодня под названием кузнечной, или горновой, сварки.
Именно так сваривали металлические детали вплоть до конца XIX века.

Литейщики пользова­лись несколько иными способами: они заформовывали и соединяли детали, а участок соединения заливали расплав­ленным металлом.
Сегодня этот способ используется, в частности, при изготовлении художественного литья.

Открытие электрической дуги раз и навсегда изменило способы соединения металлических деталей.
В 1802  году при экспериментах с электрической дугой удалось получить пламя, способное плавить металл.
Однако до разра­ботки сварочного аппарата дело не дошло: ученые опере­дили свое время, ведь для питания такого мощного ус­тройства был необходим источник электрического тока, а их в начале XIX века еще не существовало.

Кроме того, промышленность того времени была  развита слабо и ост­рой необходимости в сварочном устройстве не было.
И только через 80 лет, в конце XIX века, было предложено первое устройство для электрической дуговой сварки с помощью угольного электрода.
Это изобретение вскоре получило самое широкое распространение, причем первыми его оценили по достоинству ремонтники железнодорожного депо.
А еще через несколько лет был изобретен спо­соб, обеспечивающий непрерывное плавление материала и улучшающий качество сварного шва.

В ХХ веке были зна­чительно усовершенствованы старые и изобретены новые способы сварки.
Этот способ соединения материалов уда­лось сделать почти универсальным.
Технологии XXI  века основаны на таких совершенных способах, как плазменно­-дуговая, электродуговая и электрошлаковая сварка.
 
К основным видам сварки относятся контактная, лазер­ная, плазменная, радиочастотная, сварка трением, термитная, холодная, электронно-лучевая.

Контактная сварка заключается в том, что соединяе­мые заготовки сжимают электродами; под действием сва­рочного тока происходит значительный разогрев зоны кон­такта с последующим сжатием заготовок.
В зависимости от площади зоны контакта такая сварка подразделяется на то­чечную и стыковую.

Лазерная сварка происходит под действием светового луча большой мощности, который дают специальные излуча­тели.
При сварке лазером нет необходимости в поддержа­нии вакуума, она может производиться на воздухе.

Плазменная сварка основана на том, что через газовую среду, находящуюся под определенным давлением, пропус­кают электрический ток большой плотности.
В результате газ ионизируется, превращается в плазму.
Способом плаз­менной сварки можно сваривать наиболее тугоплавкие мате­риалы, так как температура плазмы достигает 5000 ºС.

Радиочастотная сварка заключается в том, что соеди­няемые детали разогревают при помощи высокочастотного индуктора, кромки соединяемых заготовок оплавляются, а со­единение происходит под действием роликов, сжимающих заготовки.

Сварка трением происходит при вращении активно­го стержня и соприкосновении его торца с торцом зафик­сированного стержня.
При этом торцы обеих заготовок разогреваются, а затем свариваются за счет приложения осевого усилия.

Термитная сварка основана на действии теплоты, кото­рую выделяет нагретая смесь алюминия и оксида железа.
Соединяемые заготовки погружены в огнеупорную форму, заполненную смесью металлов.
При горении термитной сме­си достигается температура более 2000 ºС, кромки соединяе­мых деталей оплавляются, образуя тем самым сварочный шов.

Холодная сварка заключается в использовании свойства некоторых металлов и сплавов образовывать прочное соеди­нение под действием большого давления.

Электронно-лучевая сварка основана на использова­нии энергии электронного луча.
Свариваемая деталь слу­жит в качестве анода, а вольфрамовая спираль - в каче­стве катода.
Спираль испускает пучок электронов, кот­орый фокусируется на месте соединения  заготовок с помо­щью магнитной линзы.
Теплота, необходимая для получе­ния шва, выделяется в результате бомбардировки поверх­ности материала пучком электронов, имеющих значительную скорость.

Электрошлаковая сварка заключается в том, что плав­ление материала в зоне контакта соединяемых деталей дос­тигается за счет теплоты, которую выделяет электрический ток при прохождении через расплавленный шлак.
 
Сварочная дуга - это электрический дуговой разряд, дей­ствующий в ионизированной смеси газов, паров металла или сплава и компонентов, которые входят в  состав флюсов и покрытий электрода.

Дуги подразделяются на три вида: пря­мого действия, косвенного действия и трехфазные.

Дуга пря­мого действия горит между электродом и поверхностью сва­риваемого изделия.
Дуга косвенного действия горит между двумя электродами.
В трехфазной дуге свариваемое изделие и оба электрода подключены к трехфазной сети.

Сварочная дуга может получать питание как от сети по­стоянного, так и переменного тока.
При использовании постоянного тока сварка может про­изводиться с прямой и обратной полярностью.

При прямой полярности электрод подключается к катоду (отрицательный полюс), а изделие - к аноду (положительный полюс).
При обратной полярности электрод и изделие подключаются на­ оборот.

Для стабилизации процесса сварки последовательно со сварочной дугой подключают индуктивное сопротивление.
В этом случае возможно производить сварку при перемен­ном токе при напряжении сварочного трансформатора 60 В.

Сварочную дугу зажигают двумя способами - касани­ем свариваемого изделия впритык и отводом перпендику­лярно вверх или же чирканьем.
Второй способ использу­ется чаще, однако он неприемлем в узких, неудобных для сварки местах.
 
Из­делие контактирует с электродом, происходит замыкание электрической цепи, по ней начинает течь ток.
Как пра­вило, неровности на поверхности электрода контактируют сразу в нескольких точках.
Плотность тока в точках контакта достигает высоких величин, под действием теплоты металл начинает расплавляться.

Возникает так называе­мая эмиссия, то есть излучение потока электронов под действием теплоты.
Напряжение в сварочной дуге возрас­тает, возрастает и эмиссия электронов, из-за чего повыша­ется проводимость дугового промежутка.

При использовании переменного тока основным источ­ником являются сварочные трансформаторы.
Их основ­ные функции - регулирование сварочного тока и питание сварочной дуги.

Трансформаторы подразделяются на два типа: с повышен­ным магнитным рассеянием и с нормальным магнитным рассеянием, снабженные дополнительной реактивной катуш­кой - дросселем.
Эти устройства применяются как для автоматической, так и ручной сварки под флюсом.
 
Первичная и вторичная обмотки находятся на сердечнике.
Электрический ток из сети, проходя через первичную обмот­ку, намагничивает сердечник, образуя переменный магнит­ный поток, который индуцирует ток во вторичной обмотке.
Первичная и вторичная обмотки находятся на определен­ном расстоянии друг от друга; изменением расстояния меж­ду обмотками можно регулировать сварочный ток.
При вра­щении рукоятки по часовой стрелке индуктивное сопротив­ление уменьшается, а сварочный ток - возрастает.
При вра­щении рукоятки против часовой стрелки сварочный ток со­ответственно ослабевает.
Благодаря трансформатору силу сварочного тока можно регулировать в пределах 165 - 650 А.

Сварочные генераторы постоянного тока используются для обеспечения устойчивого горения сварочной дуги.

Сварочный выпрямитель образуется путем соединения блока выпрямителя и сварочного трансформатора.
Принцип действия устройства основан на свойстве полупроводника проводить электрический ток только в одном направлении.
Обычно используются выпрямители на селеновых и кремни­евых полупроводниковых элементах.
В сварочных выпря­мителях используется трехфазная мостовая схема выпрям­ления, при которой питающая сеть переменного тока загру­жается более равномерно.

Установка не имеет вращающихся узлов, проста и надежна в эксплуатации.
Выпрямители применяются как для автоматизированной, так и для ручной дуговой сварки.

Выпрямители типа ВДМ, ВКСМ, ВДУМ (многопосто­вые сварочные выпрямители) рассчитаны на номинальную силу тока от 1000 до 5000 А.
Например, выпрямитель ВДМ-1601У3 может использоваться для питания 7 и 9 по­стов ручной дуговой сварки.

Выпрямители типа ВДГН используются для импульс­ной дуговой сварки в защитных газах с помощью плавяще­гося электрода.
Выпрямители типа ВДУ (универсальные сварочные выпрямители) используются для механизированной одноп­остовой сварки в углекислом газе и под флюсом, а также для ручной дуговой сварки с помощью электродов.
Выпрямители типа  ВДГ применяются при механизиро­ванной сварке в углекислом газе и отличаются тем, что име­ют дистанционное переключение режимов сварки.
 
При дуговой сварке способом плавления используются плавящиеся электроды.
Их изготавливают из горячекатаной, порошковой или холоднотянутой проволоки диаметром 0,3 - 12 мм.
Также используются пластины и электродные ленты.

Электроды квалифицируются по следующим показате­лям: характер шлака, образующегося при расплавлении ма­териала, из которого изготовлен электрод; назначение для сварки определенных металлов и сплавов; толщина покры­тия  электрода и др.

Все виды электродов снабжаются покрытием, назначе­ние которого - получение металла шва с заданными свой­ствами, обеспечение стабильного горения сварочной дуги.
Важнейшие свойства покрытия - это устойчивость к ко­ррозии, ударная вязкость, прочность, пластичность.
Для того чтобы повысить производительность работы, в покрытие электрода вводят порошкообразное железо.
 

• легирование металла шва для придания ему особых свойств (повышение устойчивости к коррозии, жаростойкость, износостойкость, усиление механических  свойств). В каче­стве легирующих добавок используются такие металлы, как марганец, молибден, никель, титан, хром;
• шлаковая защита. В качестве шлакаобразующих ком­понентов покрытия используются полевой шпат, доломит, кварцевый песок, каолин и др. Шлаковая защита уменьшает скорость охлаждения и затвердевания металла шва, благода­ря чему обеспечивается выход неметаллических и газовых включений;
• раскисление металла сварочной зоны. В качестве рас­кислителей используются графит, алюминий, хром, кремний, титан, молибден  и другие  вещества, входящие в состав ферро­сплавов;
• газовая защита зоны сварки. При этом расплавлен­ный металл предохраняется от действия азота и кислорода. Используются такие вещества, как хлопчатобумажная ткань, целлюлоза, древесная мука.

Электроды подразделяются на группы в зависимости от их назначения.
Эта характеристика обозначается буквой:

В - электроды для сварки высоколегированных сталей, имеющие особые свойства;

Л - электроды для сварки легированной стали конст­рукционных марок;

Н - электроды для наплавки поверхностных слоев, име­ющие особые свойства;

Т - электроды для сварки легированной стали теплоус­тойчивых марок;

У - электроды для сварки углеродистой и низкоуглеро­дистой стали конструкционных марок.

Предел прочности получаемого при сварке шва имеет цифровое обозначение.
Например, цифра 50 означает, что шов, полученный при сваривании данным электродом, будет иметь минимальный предел прочности 500 МПа.
 

При всех способах сварки образуются сварочные швы, служащие для соединения частей изделия.
Различаются че­тыре основных вида сварочных швов: нахлесточные, стыко­вые, тавровые и угловые (см. рис. 1).

Нахлесточные швы используются при соединении двух металлических листов, когда один лист с нахлестом накла­дывается на другой.
Такие швы используются при изготов­лении различных резервуаров, металлических изделий слож­ной геометрической формы.

Рис. 1. а - стыковой шов, б - тавровый шов, в - угловой шов, г - нахлесточный шов

Стыковые швы используются при соединении торцевых поверхностей деталей различной толщины.
Такие швы ис­пользуются при сварке труб, емкостей большого объема, а также в тяжелом машиностроении.

Тавровые швы используются тогда, когда необходимо то­рец одной заготовки приварить к боковой поверхности дру­ гой  заготовки.
Как правило, такое соединение имеет форму буквы Т.

Угловые швы используются для соединения деталей, рас­положенных друг к другу под определенным углом.
Угло­вые швы нашли широкое применение в строительстве.
 

Сварка производится с помощью металлических электро­дов, снабженных покрытием.
В начале работы необходимо зажечь дугу и установить требуемое значение сварочного тока, которое будет зависеть от особенностей сварного соединения и типа электрода.

Чаще дугу зажигают, чиркая электродом вдоль поверхности металла.
Нормальная длина дуги состав­ляет 0,5 - 1,1 диаметра электрода; с увеличением длины дуги внешний вид шва и глубина проплавления металла ухудша­ются.

Сварку можно производить в разных направлениях: спра­ва налево, слева направо, от себя к себе.
Каким бы ни было направление сварки, угол наклона электрода в сторону веде­ния шва должен составлять 15°.

Первое движение электрода  - поступательное, вдоль оси - обеспечивает постоянную длину дуги и необходимую скорость плавления электрода.
Второе движение электрода - вдоль оси образующегося валика в направлении наплавки - обеспечивает образова­ние сварочного шва.
Третье движение электрода - поперечное колебатель­ное-обеспечивает прогрев кромок (слабый или усиленный), усиленный прогрев одной из кромок или  усиленный прогрев корня шва.

При сварке в нижнем положении удается получить шов наиболее высокого качества.
Сечение шва можно заполнить в один проход, в несколько проходов или многослойно.

На рис. 2 показан сформированный шов однопроходного сечения.
Его выполняют поперечными колебательными движениями электрода.
На  рис. 3 показан многослойный стыковой шов, в ко­тором  количество слоев равно числу проходов электрода.
Первый слой выполняют без поперечных колебаний, по­следующие - поперечными  колебаниями.
При этом способе обеспечивается качественный провар первого слоя.
Каждый предыдущий шов необходимо очищать от брызг металла и  шлака.

На рис. 4 показан многопроходный шов, в котором по­следний валик выполняют на всю ширину разделки.


Рис. 2. Однопроходное сечение стыкового шва


Рис. 3. Многослойное сечение стыкового шва


Рис. 4. Многопроходное сечение стыкового шва

Длина шва при ручной дуговой сварке обычно состав­ляет 300 - 1000 мм.
Сварочные швы длиной до 300 мм называются короткими, 300 - 1000 мм  - средними; дли­ной  более 1000 мм - длинными.

Проще всего выполнять короткие швы: движение напроход производится от нача­ла до конца шва.
Средние швы выполняют от середины к концу или обратноступенчатым способом.
Длинные швы варят обратноступенчатым способом, разбивая их на от­резки длиной около 200 мм; направление, в котором про­изводится сварка каждого из участков не должно совпадать с общим направлением сварки.

Свариваемые детали можно располагать несколькими способами.
При сварке на весу, когда детали соединяются только между собой, нужно качественно проварить корень шва и правильно сформировать обратный валик.
Можно ис­пользовать для подкладывания под свариваемые детали мед­ную или стальную прокладку, причем стальная прокладка приваривается к деталям, а медная  - снимается.
Если по технологии допустимо наличие выпуклости на обратной сто­роне изделия, то можно подварить корень шва, а затем уло­жить основной сварочный шов.
 
При обрыве сва­рочной дуги необходимо правильно заварить кратер, где скапливается наибольшее количество вредных примесей, что гро­зит впоследствии образованием трещин.
При обрыве дуги нельзя резко удалять электрод от поверхности металла: элект­род перестают перемещать и медленно удлиняют сварочную дугу до ее обрыва.

При сварке низкоуглеродистых марок стали кратер выводят в сторону от варочного шва, на поверхность основного металла.
При сварке марок стали, образующих за­калочные структуры, такой вывод кратера недопустим.
Открыть | Закрыть

• Сварка плавлением
  • Embed:

 
Определение режима дуговой сварки играет едва  ли не решающую роль для  качества работы.
Основные параметры при этом следующие: сила тока, полярность тока, диаметр электрода, скорость сварки, напряжение сварочной дуги, поло­жение электрода, состав электрода и толщина его покрытия.

Сила тока должна быть максимальной, то есть соответ­ствовать верхней границе рекомендованной величины.
Чем ближе этот показатель к максимуму, тем глубже провар и больше наплавление металла.

Полярность тока и вид тока (постоянный или пере­менный) влияют на форму и размеры шва.
Например, при сварке на постоянном токе обратной полярности глубина провара на 1/2 больше, чем при использовании постоянного тока прямой полярности; при сварке на переменном токе этот показатель будет примерно на 1/5 меньше, чем при ис­пользовании постоянного тока.

В таблице 1 показана зависимость характера шва и диаметра электрода от ряда технических показателей.

Характер шва	Сила тока  (А)	Толщина свариваемого металла (мм)	Зазор (мм)	Диаметр электрода (мм)
Двусторонний Двусторонний Двусторонний Односторонний	330 260 220 180	10 8 5 3	2 2 1,5 1	6 5 4 3

Сварка в нижнем положении наиболее проста, однако есть ситуации, когда невозможно обойтись без сварки швов  в вер­тикальном, горизонтальном и потолочном положении.

Вертикальный шов накладывают двумя способами - на спуск и на подъем.
Предпочтительнее пользоваться вто­рым способом.
При этом нижележащий металл шва успе­вает частично кристаллизоваться, удерживая расплавлен­ный металл, который стремиться выйти из сварочной ван­ны; расплавленный металл стекает с электрода в свароч­ную ванну.
При данном способе сварочный шов получает­ся грубым.

Горизонтальный шов наиболее сложен.
Расплавленный металл из сварочной ванны стекает на нижнюю кромку, об­разуя дефект - так называемый подрез.
Сварку данным способом рекомендуется производить со скосом только верхней кромки, в то время как нижняя удерживает расплавлен­ный металл в сварочной ванне.

Потолочный шов рекомендуется по возможности заме­нить на какой-либо другой.
Сварку производят, периодичес­ки замыкая конец электрода на сварочную ванну.
Расплав­ленный металл начинает кристаллизоваться, объем сва­рочной ванны уменьшается; одновременно в сварочную ван­ну вносится расплавленный металл электрода.
 

Именно сварка труб - то, что чаще всего требуется от сварщика.
Основной способ - ручная сварка электродами.

Сварочные трубы изготавливаются из низкоуглеродистой мартеновской стали, легированной жаропрочной стали, нержа­веющей стали, алюминия и имеют разный диаметр - от не­скольких миллиметров до полутора и более метров.
Для поворотов трубопровода, участков ответвления исполь­зуют специальные фасонные части: переходы, тройники, двой­ники, угольники и др.

Подготовка труб к свариванию включает правку концов, очистку кромок от грязи, смазочного материала и сборку эле­ментов.
На труболитейных заводах кромки труб изготавли­вают под углом порядка 30°.

Если скоса нет, то необходимо снять фаску с помощью режущего инструмента.
Сборка эле­ментов трубопровода под сварку заключается в том, что их кромки совмещают; поверхности труб должны совпадать, ось трубопровода не должна нарушаться.
После сборки стыки прихватывают сварочными швами длиной порядка 80 мм и расстоянием между прихватами порядка 300 мм (при диа­метре трубопровода до 300  мм).
Прихватывать элементы ре­комендуется тем электродом, с помощью которого затем бу­дет производиться сваривание стыков.

Основные типы сварочных соединений труб - чашеоб­разное стыковое и V-образное.
Ручную дуговую сварку выполняют в 2 - 3 слоя, благода­ря чему плотность сварочного шва возрастает, а провар кор­ня шва оказывается более глубоким.

На рис. 5 показана схема сварки поворотного стыка.
Первый слой заваривают на всех стыках участка от точ­ки 1 до точки 2 и от точки 4 до точки 3.
Затем секцию разворачивают на 90° и заваривают участки от точки 4 до точки 1 и от точки 3 до точки 2.

Первый слой сваривают с помощью электрода диаметром 4 мм при силе сварочного тока порядка 130 А.
Постепенно разворачивая секцию, слои наваривают в одном направлении.

На рис. 6 показана схема сварки неповоротного стыка.
Сварку производят в таком порядке: вначале снизу вверх заваривают швы 1, 2, 3 (внутренняя окружность), затем сверху вниз - швы  1*, 2*, 3* (наружная окружность).

Рис. 5. Последовательность сварки поворотных стыков.


Рис. 6. Наложение первого и последующего сварных швов
 

Сварка полимеров и пластмасс заключается в том, что кромки материалов нагреваются до вязкотекучего пласти­ческого состояния, а затем соединяются под давлением.

Сварка токами высокой частоты заключается в том, что под действием высокочастотного электрического поля кромки деталей нагреваются до вязкотекучего состояния, а затем спрессовываются между собой.
Чаще таким методом сваривают детали и изделия из поливинилхлорида, в частно­сти, поливинилхлоридную ленту и пленку.

Сварка трением происходит при нагревании сваривае­мых деталей допластического состояния за счет теплоты, выделяющейся при трении кромок.
Одну из деталей непод­вижно фиксируют в тисках, а вторую закрепляют в патроне сверлильного или токарного станка.
Трущиеся поверхности малотеплопроводных термопластов быстро нагреваются  за счет вращения, затем их прижимают друг к другу под давле­нием до 1 МПа.
Сваривание трением происходит достаточ­но быстро.
Способом  трения можно сваривать только детали, имеющие форму тел вращения, и только изготовленные из жестких термопластов.

Сварка контактным нагревом в чем-то сходна со свар­кой давлением.
Свариваемые детали нагревают до вязкоте­кучего состояния, а затем соединяют их под определенным давлением.
Достоинство способа  заключается в том, что им можно сваривать не только жесткие, но и мягкие полимеры и пластмассы.
Среди недостатков способа следует отметить достаточно длительный нагрев, сложную регулировку темпе­ратуры.
Самый простой способ сварки контактным нагре­вом - соединение кромок полиэтиленовой пленки с помощью утюга.

Сварка нагретым газом используется наиболее широ­ко (см. рис. 7.)
При  этом способе кромки свариваемых деталей и приса­дочный материал нагревают струей горячего газа до нужной температуры.
Затем в разделку шва основного материала вдавливают присадочный пруток, который, расплавляясь, и создает сварочный шов.
Если сварке подвергаются детали большой толщины, то укладывают один за другим несколь­ко присадочных прутков.

Рис. 7. Схема сварки нагретым газом: 1 - газовая горелка; 2 - присадочный пруток; 3 - сварной шов; 4 - кромки детали; 5 - разделка шва

По мере того как кромки свариваемых деталей размягча­ются, присадочный пруток необходимо постоянно вдавливать, оставляя у корня шва зазор величиной 0,5 мм.

Для соединения листов толщиной 1 - 4 мм сварку вы­полняют без скоса кромок.
При толщине листов более 4 мм используют Х-образную разделку шва под углом 60°.

При сваривании мягких термопластов присадочный пру­ток вводят в разделку шва под тупым углом, при сваривании жестких термопластов - под углом 90°.
При сварке нагретым газом нужно выбрать правильную температуру.
В частности, винипласт сваривают при темпе­ратуре 220 - 240 °С, органическое стекло - 200 - 220 °С, по­лиэтилен и полистирол - при температуре около 160 °С.

В качестве газа может использоваться воздух или его смесь с продуктами сгорания пропан-бутановой смеси.
Рекомендо­вано использовать горелки ГГП-1-66 и ГЭП-1А-67.
Эти при­боры компактны, немного весят, несложны в использовании.

Полимерные материалы и пластические массы имеют высокий коэффициент расширения, и поэтому значителен риск коробления сваренных деталей.
Поэтому для получе­ния качественного сварного шва используют струю нагрето­го газа диаметром не более 5 мм, а также выполняют все технологические требования к сварке.