Основные способы сварки металлов

Сварка металлов или других материалов ‒ способ, при котором получается неразъемное соединение за счет того, что образуется атомная связь.

Сварка металлов может производиться разными способами, соответственно имеющих разные технологии.

Сваривание металла проходит в две стадии:

1. Сначала надо сблизить соединяемые листы или другие детали до того расстояния, на котором начинают действовать межатомные силы. Обеспечить это при комнатной температуре, даже приложив значительные усилия, не получится: на это есть много причин, в том числе высокая твердость металлов, наличие на их поверхности окислов, жиров и других загрязнений. Для того чтобы достичь необходимого контакта, технология сварки металлов предусматривает либо расплавление деталей, либо их пластическую деформацию, которая достигается с помощью большого давления.
2. На втором этапе детали взаимодействуют на уровне атомов. В результате этого при соединении металлов появляются надежные атомные связи, а при соединении полупроводников, диэлектриков образуются прочные ковалентные или ионные связи.

Виды сварки.

Сваривание деталей может быть выполнено следующими способами: плавлением, давлением или при помощи термохимической реакции.

При соединении плавлением тепло получают от сварочной дуги, пламени, полученного в результате горения газа или от лучевых источников энергии. Часть деталей расплавляется, они соединяются в сварочной ванне, а после остывания кристаллизуются и образуют сплошной шов.

При соединении давлением к деталям применяют сильное давление, они начинают течь, в результате чего убираются все загрязнения и происходит их надежное соединение.

Применение термохимического метода предусматривает использование как давления, так и тепла. Для придания металлам необходимой пластичности их сначала подогревают, а потом применяют давление, в результате чего происходит их соединение.

Основные способы сваривания деталей

Электродуговая сварка

Ручная дуговая сварка.

Является наиболее распространенным способом, ее можно выполнить своими руками. В данном случае дуга возникает между электродами, одним из них является деталь, которая соединяется.

Сначала подносят электрод и делают короткое замыкание. Это необходимо, чтобы разогреть катод. Потом электрод отводят на 3-5 мм, при этом загорается стабильная электрическая дуга.

Сварка листового металла или других заготовок выполняется покрытым электродом, это покрытие обеспечивает газовую и шлаковую защиту расплавленного металла и легирует шов.

Работа выполняется путем совершения поперечных колебательных движений, амплитуда которых будет зависеть от необходимой ширины шва. При помощи электродов может быть проведена и резка металла, а также сварка металлических дверей.

Автоматическая сварка под флюсом

При использовании данного способа применяют электрод и флюс, толщина которого обычно составляет 5-6 см. Горение дуги получается не в атмосфере, а под расплавленным флюсом, в созданном газом пузыре. Это позволяет не разбрызгиваться металлу, шов не изменяет форму даже при использовании большого тока, когда выполняется сварка металла большой толщины.

Этот способ позволяет использовать ток до 1200 А, что в 6-8 раз больше, чем ток при сварке открытой дугой. Для работы используется открытая проволока, шов приблизительно на 60 % состоит из расплавленных деталей и только на 30% – из сварочной проволоки.

Оборудование подает проволоку, перед которой сыпется флюс и равномерно распределяется по поверхности деталей. Сварка полуавтоматом от ручной механизированной сварки отличается тем, что проволока в зону сваривания подается автоматически, все остальные работы сварщик делает самостоятельно.

Этот способ обеспечивает стабильное качество шва, более высокую производительность, поэтому с его помощью часто выполняется сварка высокоуглеродистых сталей.

Электрошлаковая сварка

Схема электрошлаковой сварки.

В этом случае детали покрывают шлаком, температура которого больше, чем температура плавления изделия и проволоки. Это позволяет хорошо прогревать металл большой толщины, шов получается качественным, поэтому сварка толстого металла выполняется за один проход.

Основные преимущества:

• так как оборудование размещено вертикально, то легкие примеси и газ хорошо удаляются из зоны сваривания;
• шов получается высокой плотности;
• шов не трескается;
• высокая производительность при работе с материалами большой толщины, она в 20 раз больше, чем при использовании автоматической сваркой, так часто выполняется сварка двутавровых балок;
• можно делать шов сложной формы;
• позволяет быстро и качественно выполнять работы по созданию мостов, кораблей и других конструкций, где выполняется сварка балок.

Электронно-лучевая и плазменная, диффузионная и контактная сварка

Процесс электронно-лучевой сварки происходит за счет того, что тепло дает пучок электронов, которые и вызывают разогрев материала. Работа выполняется в вакууме, в этом случае можно создать очень маленький пучок электронов, что позволяет выполнять работу с микродеталями, а также может проводиться художественная сварка.

Дуговая сварка.

Плазменная сварка заключается в том, что тепло дает плазма, которая может нагреваться до очень высоких температур, 20-30 тысяч градусов. Могут применяться плазмотроны прямого и косвенного действия. Первые используют для соединения металлов, а вторые – для полупроводников и диэлектриков.

Применение диффузионной сварки предусматривает то, что процесс диффузии атомов выполняется в вакууме, перед этим материалы сильно нагревают. Так как нет воздуха, то не образуется оксидная пленка, а чтобы обеспечить надежный контакт деталей, предварительно проводится их качественная металлообработка.

Для того чтобы увеличить площадь контакта, к деталям прилагают усилие сжатия порядка 10-20 МПа. Таким образом соединяют плохо совместимые материалы, этим методом эффективно проводится сварка нихрома.

Применение контактного способа сваривания предусматривает использование электрического тока, который пропускают через детали и таким образом сильно нагревают их стык, после этого их сдавливают, вследствие чего начинают работать межатомные связи. Это один из видов сваривания деталей под давлением. Данный метод высокопроизводительный, его легко механизировать и автоматизировать.

Холодное сваривание деталей и индукционный способ

Соединять детали можно при комнатной или даже отрицательной температуре, происходит это за счет их пластического деформирования. Вследствие прикладывания большого усилия происходит разрыв оксидной пленки, получается чистый металл, который взаимодействует на уровне межатомных сил.

Для того чтобы таким образом соединить две детали, их надо хорошо зачистить от жировой и оксидной пленки, этот способ позволяет выполнять стыковые, шовные или точечные соединения.

Чаще всего его применяют, когда надо сваривать продольные швы труб, а также для наплавления резцов, долот и других инструментов.

Через детали пропускают ток, после чего выполняют их сдавливание, этот способ бесконтактный, токи концентрируются на поверхности заготовок.

Как сваривают разные металлы и сплавы?

Не все металлы и сплавы одинаково хорошо образуют соединения. После соединения двух деталей появляются сварочные напряжения, которые надо обязательно снижать.

Чтобы во время сварки углеродистых сталей электродуговым методом не образовывались трещины и не закалялась область около шва, надо делать следующее:

• предварительно нагревать соединяемые детали до 100-300 градусов;
• вместо однослойной выполнять многослойную сварку;
• выполнять работу на постоянном токе обратной полярности при помощи электродов с покрытием;
• после проведения сваривания изделий надо их отпускать до 300 градусов.

При сваривании высокохромистых сталей, во время их остывания около 1000 градусов могут образовываться зерна карбида хрома, что снижает антикоррозионные качества материала. Чтобы этого не происходило, надо:

• работать на пониженном токе, чтобы детали быстрее остывали;
• в сталь ввести карбидообразователи;
• после соединения необходимо провести отжиг деталей при температуре 900 градусов.

При работе с чугуном детали надо нагревать до 400-600 градусов. Используют чугунные электроды, хорошие результаты дает применение диффузионного метода.

Для сваривания меди лучше применять газовую сварку, можно использовать дуговую с применением угольных или металлических электродов.

Чтобы качественно соединить алюминиевые детали, необходимо использовать флюс, который не даст образовываться оксидной пленке. Хорошие результаты дает применение диффузионного метода.

Такого понятия, как сварка металлопластиковых труб, во время выполнения их монтажа не существует, так как для их соединения используются специальные фитинги. Это понятие может применяться только во время их изготовления. Сварка или пайка может быть выполнена только пластиковых труб.