К категории термомеханических соединений относятся соединения, которые вводятся в зону сварки совместным действием тепла и давления извне. При термомеханической сварке наконечник электрода и соединяемая деталь расплавляются. После остывания металла получается постоянный сварной шов.
Разнообразие видов сварки
Сварка — это процесс создания неразрывного соединения между различными частями металла путем формирования новых поперечных швов.
Она заключается в производстве местного или общего нагрева, пластической деформации или комбинации того и другого. Современная технология сварки включает в себя около сотни видов автоматической и ручной сварки.
- 1 Три основных разновидности
- 2 Термическое сваривание материалов
- 2.1 Расплавление электрической дугой
- 2.2 Защита флюсами и газом
- 2.3 Электрошлаковая
- 2.4 Лучевая
- 2.5 Плазма, газ, термическая реакция
Три основных разновидности
Существует три различных вида сварки. В зависимости от способа получения энергии они делятся на термическую, термомеханическую и механическую сварку.
Для термической сварки используются дуговая, газовая, плазменная и другие источники теплового излучения. Благодаря этому излучению происходит нагрев и сварка.
При термомеханической сварке давление используется в дополнение к тепловой энергии для создания неразрывного соединения.
При механической сварке тепло выделяется за счет трения, давления, ультразвука или взрыва.
Существуют различные виды сварки, которые классифицируются по разным критериям. Классификация основана на методе, используемом для защиты сварочной ванны, непрерывности процесса сварки, степени механизации и используемых газах. Кроме того, существуют технологические характеристики, которые отличаются для каждого процесса сварки.
Типы сварных соединений подробно описаны в национальных стандартах (ГОСТ). Кроме того, существует несколько ГОСТов, описывающих виды сварки, способы контроля сварных швов и меры безопасности при проведении сварочных работ.
Термическое сваривание материалов
Термические процессы основаны на плавлении композитных деталей с использованием тепловой энергии. Существуют различные типы термической сварки:
- электродуговая (в среде защитных газов, под флюсом и прочие);
- электрошлаковая;
- электронно-лучевая и лучевая (лазерная);
- плазменная;
- газовая;
- термитная.
Наиболее распространенным процессом является электродуговая сварка. Наиболее распространенным типом является дуговая сварка. Наиболее распространенным типом является дуговая сварка.
Расплавление электрической дугой
При дуговой сварке энергия выделяется в дуге, поскольку сопротивление дуги намного больше сопротивления всего контура, создавая замкнутую цепь.
Поэтому почти вся тепловая энергия выделяется в дугу, которая при этом нагревается до 4,5-6 тысяч градусов, расплавляя любой металл. Дуга возникает в зазоре между электродом и свариваемым металлом и вызывает его расплавление.
Когда он остывает, образуется непрерывный сварной шов, свойства которого зависят от силы тока, состава присадочного металла и многих других факторов.
Дуговая сварка выполняется плавящимися и неплавящимися стержнями (электродами). В агрегатах используется инверторная технология, в результате чего получаются компактные и производительные устройства.
При сварке деталей электрод зажигает дугу между электродом и поверхностью соединения. Оно возникает в результате короткого замыкания, когда стержень касается металла, и затем прерывается на расстоянии от 3 до 5 мм.
Дуга расплавляет кончик электрода и кромки свариваемого объекта. В месте образования дуги образуется сварочная ванна.
При сварке электрод необходимо перемещать вдоль шва со скоростью, достаточной для расплавления кромок и электрода, но не достаточно быстрой для проникновения в заготовку.
После охлаждения металла получается сварной шов, сравнимый по прочности с подложкой. Электрод может быть в виде отдельного стержня в оболочке или порошковой проволоки в устройстве подачи проволоки.
При сварке неплавящейся проволокой между стержнем и кромками деталей возникает дуга. При этом расплавляются кромки, если необходимо, и сварочный пруток в образовавшейся сварочной ванне. Стержень может быть изготовлен из углерода или вольфрама. Неплавящийся электрод обычно используется для сварки меди, медных сплавов (латунь, бронза, бронза, расплавы) и тугоплавких металлов.
Защита флюсами и газом
Дуговая сварка под флюсом обычно выполняется автоматически или в полуавтоматическом режиме. В первом случае все процессы автоматизированы, во втором — подача электрода автоматическая, а движение горелки контролируется сварщиком.
Расплавленный металл в сварочной ванне защищен от атмосферного воздуха шлаковым расплавом. Шлак образуется в результате плавления флюса, поступающего в ванну. Сварка порошковой проволокой очень производительна и обеспечивает высокое качество сварных швов без пористости и других недостатков.
Газовая сварка защищает зону сварки от вредного воздействия водяного пара, атмосферного кислорода и азота.
Это достигается путем направления струи защитного газа через сопло горелки в зону сварки, вытесняя атмосферный воздух. Используется с неразборными и легковоспламеняющимися электродами. В результате получается высококачественный сварной шов с высокой производительностью.
Понятие процесса сварки
Через преобразователь энергия передается электроду — свариваемому материалу. Определение сварки начинается, когда электрическая дуга расплавляет металл электрода, создавая сварочную ванну. В процессе образования ванны шлак смешивается с основным материалом, он плавает на поверхности и служит защитной пленкой. Застывание металла после этих процессов называется процессом сварки.
Чтобы определить, что такое сварка, важно знать, что существует два типа электродов — нерасходуемые и расходуемые. В неплавящемся электроде используется присадочная проволока, которая отдельно вставляется в сварочную ванну. Во втором варианте электродный стержень расплавляется напрямую. Защита от окисления в процессе склеивания обеспечивается газами, вводимыми головкой резака. Имеются аппараты переменного и постоянного тока, причем аппараты постоянного тока дают более качественный и равномерный сварной шов.
Физические признаки сварки
Металлы или другие материалы взаимодействуют с межатомным действием элементов. При обычных температурах, благодаря твердой структуре металлов, материалы не взаимодействуют друг с другом независимо от условий. Загрязнение поверхностей во время сварки в виде смазки или образования оксидов оказывает значительное влияние на процесс сварки металла.
Возможна физическая сварка на поверхности или пластическая деформация под действием давления. Соединение атомов с металлами происходит посредством электронных связей при сварке металлов, а также при соединении ковалентных металлов. Тип и состояние сварного шва определяется различными параметрами проницаемости, такими как давление, сварка и термомеханические эффекты.
Расплавление металлов при сварке
Плавление материала происходит без воздействия внешних механических сил, необходимая температура создается сварочной дугой, газовым пламенем или другими источниками энергии. Сварка под давлением вызывает деформацию металла, что делает швы жидкими. Соединение материалов осуществляется путем наложения новых слоев материала друг на друга.
Технологичность главное свойство сварных работ
Существует множество различных методов и типов сварки. Классификация напрямую связана с типом материала и оборудования. Распространенные виды сварки:
- электрошлаковые;
- дуговые;
- плазменное и электронно-лучевое;
- световые, газовые;
- ультразвуковые;
- холодные, печные, контактные виды.
Плазменная сварка
Электрошлаковая сваркаВажность технологических свойств
Бесперебойное протекание процесса и его механизация обеспечиваются технологическими особенностями. Металлическая деталь в сварном шве остается защищенной, если соблюдаются требования и технологии. Виды сварки делятся на:
Классификация способов сварки
Три основных типа сварки различают по способу формирования сварного шва. Плавление элементов без применения силы или давления на оборудовании, которое может использовать электрическую дугу или газовое пламя. Расплавленные металлы соединяются в сварочной ванне, которая образует защитный слой над деталями для предотвращения образования окислов и взаимодействия с кислородом.
При термомеханическом соединении используется давление и тепловая энергия. Тепловая энергия используется для нагрева заготовок, а механическая сила обеспечивает необходимое сцепление с пластиком металла. Классификация сварки включает третий тип, при котором к частям материалов прикладывается давление. В результате воздействия материал разжижается и становится жидким, что позволяет соединять материалы в труднодоступных местах. Загрязненный слой сбрасывается на поверхность жидкости, образуя новый слой — чистый шов.
Термический класс сварки
Этот тип сварки выполняется путем расплавления кромок частей материала. В начале процесса формируется сварочная ванна, после чего образуется сварной шов. Классификация видов термической сварки подразделяется на основные подкатегории:
- газовая;
- электронно-лучевая;
- плазменная;
- лазерная;
- термитная;
- электрически дуговая стыковка.
Последний вариант считается наиболее распространенным, так как не требует специальных инструментов и оборудования.
Дуговая сварка
Электродуговая сварка деталей — самый популярный вид работ. Дуга между электродами возникает под действием сильного разряда, одним из элементов которого и осуществляется процесс сварки.
Схема дуговой сварки
Работа выполняется после обработки, заготовки материала, состоит из основных этапов.
- Производится соприкосновение электрода с металлом, что вызывает короткое замыкание, после этого, инструмент отводится на расстояние не более 5 мм. Короткое замыкание служит для достижения электродом требуемой температуры, путем интенсивной эмиссии электронов в конструкции катода. После достижения стабильной, устойчивой дуги, производятся работы.
- Устойчивый дуговой заряд производится путем ускорения электронов в электрическом поле, происходит ионизация газового соединения анода с катодом. Температура электрической дуги, как источника тепла достигает до 6000⁰. Сварочный ток при напряжении дуги до 50 В, использования покрытого специальным составов, достигает до 3 кПа.
Целью данного вида сварки покрытыми электродами является легирование состава шва, защита расплавленного металла от окружающих воздействий газошлаковым процессом.
Газовая сварка
Дуговой процесс, при котором процесс осуществляется в среде защитного газа. Газы делятся на инертные и активные типы.
Существуют технологии сварки MIG и MAG, основная цель которых — использование универсальных материалов, отличающихся по своим механическим параметрам.
Перед использованием устройства необходимо проверить все компоненты и удалить краску и ржавчину с обрабатываемого металла.
Устройство для газосварочного оборудования
Комплект оборудования для газовой сварки состоит из:
- кислородный рукав номинальным давлением 0,64 МПа, используется для подачи ацетилена;
- подача кислорода производится через рукав третьей категории давлением до 2 МПА;
- два редуктора для регулировки давления;
- баллоны объемом от 40 л;
- горелка с регулировочным винтом.
Давление подачи ацетилена регулируется путем настройки редуктора давления в баллоне, а специальный манометр показывает точный параметр. Давление топливной смеси должно составлять около 0,2 МПа, а кислород регулируется аналогичным образом до 0,5 МПа. Газовая горелка регулируется путем открытия подачи ацетилена до стабилизации огня у основания, кислород используется для регулировки мощности пламени.
Классификация способов сварки
В современном мире существует множество процессов сварки, каждый из которых имеет свое применение. Виды и классификации сварки производятся по различным критериям и делятся на 2 основные группы:
Свариваемые детали расплавляются с помощью высокотемпературного источника тепла, а затем сплавляются в общей сварочной ванне. После удаления источника тепла сварочная ванна остывает, затвердевает и прочно соединяет две детали вместе.
Во второй группе доминирующую роль играет давление, прилагаемое к сварному шву, нагрев металла играет второстепенную роль, а в некоторых случаях соединение может быть выполнено без применения тепла.
Сварка давлением снова делится на 2 подгруппы:
- Холодная, в зоне соединения металл не нагревается, данный процесс подразумевает сварку при комнатной температуре.
- Сварка давлением без оплавления. В этом случае металл подогревается до определенной температуры, при котором снижается его механическая прочность и упругие свойства. Подогрев элементов значительно облегчает процесс сварки, иногда является практически необходимым. Данный метод не требует использования высоких температур, поэтому для нагрева можно использовать разные источники тепла.
Методы и технологии сварки
Помимо традиционных методов, упомянутых выше, существуют и другие методы, позволяющие соединять уникальные металлы. Они обладают особыми свойствами, которые делают традиционные методы непригодными для соединения.
Одним из таких методов является лазерная сварка, которая выполняется с помощью полуавтоматического или автоматического оборудования. В этом процессе очень маленькие детали соединяются с помощью нагрева с высокой точностью.
Внимание: Для одновременной сварки нескольких деталей рекомендуется использовать призму, с помощью которой лазер можно разделить и направить в разные стороны.
Краткая характеристика сварки
Независимо от процесса сварки и его классификации, сварка — это метод, который создает прочные соединения путем применения тепла, давления, деформации или комбинации всех методов.
Суть этого процесса заключается в применении внешнего источника энергии для создания межсекционного соединения деталей. В процессе охлаждения материал кристаллизуется, и образуется сварной шов. Варианты скрепления выбираются в зависимости от материала, площади поверхности и химической природы свариваемых объектов.
Электросварка как один из основных видов сварки металлов
Электросварка — один из самых популярных процессов создания нерастворимого соединения между металлическими элементами с помощью электрической дуги, нагретой выше температуры плавления металлов (до +7000 °C).
Электросварка часто используется при обработке различных сплавов и соединении материалов разной толщины. Его технология позволяет проводить сварочные работы не только на открытом воздухе, но и в помещении.
Процесс изготовления прочных и долговечных соединений не сложен — металл нагревается и расплавляется электрическим током. Электрическая сварка подразделяется на три типа:
- ручную;
- полуавтоматическую;
- автоматическую.
Наиболее распространенной является ручная сварка. Наиболее распространенной является электродная сварка. В полуавтоматическом процессе электродная проволока подается в зону сварки специальным устройством.
Автоматическая сварка металла используется для высококачественной работы. Все операции зависят от работы сварочного аппарата. Металл нагревается и плавится под воздействием высоких температур. Источник питания может быть постоянным или переменным. Используется не только прямая, но и обратная полярность.
Сварочное оборудование требуется для каждого вида сварки металлов. Обычно используются простые и компактные трансформаторы, а также трансформаторы и выпрямители. Для ручной дуговой сварки и других видов сварки необходимы сварочные электроды (горючие и неплавящиеся) или электродная проволока.
При лучевой сварке (многоэлектродной сварке) одновременно используется несколько плавящихся электродов. Дуговой процесс может быть закрытым или открытым, при этом сварщик наблюдает за процессом. При сварке цветных металлов (алюминий, медь) используются защитные газы, такие как углекислый газ и аргон.
Преимущества электродуговой сварки:
- Экономичный расход электродных материалов.
- Максимальная защита зоны шва.
- Стабильность электродуги обеспечивает наложение шва мелкими чешуйками.
- Медленное охлаждение способствует получению высококачественного шва.
- Субъективные факторы не влияют на сварочный процесс.
- Высокая производительность.
- Не образуются брызги, характерные для других видов сварного соединения.
- Образуется минимальное количество оксидов.
- Не требуются защитные приспособления для глаз, так как дуга находится под слоем флюса.
- Электродуговая технология проста в применении, ее легко освоить.
Недостатки электродуговой сварки:
- Электродуга трудно поддается коррекции.
- Требуется специальное оборудование.
- Высокая стоимость флюсов и специальные условия для их хранения.
- Образующиеся газы вредны для человека.
Однако, несмотря на недостатки, дуговая сварка является самым популярным процессом. Преимущества дуговой сварки в том, что она является наиболее распространенной, и при строгом соблюдении технологии обеспечивает высокое качество, надежность и долговечность сварки.
Особенности газовой сварки
Технология газового легирования металлов была разработана еще в конце XIX века. Этот метод обработки металла был разработан одним из первых.
Развитие дуговой и контактной сварки не смогло заменить газовый процесс. Газовая сварка идеально подходит для сварки высокопрочных сталей и соединения деталей из чугуна, меди и латуни.
При этом типе сварки металлов высокотемпературное пламя сварочного газа нагревает и расплавляет кромки свариваемых деталей и электродную часть присадочного металла. Расплавленный жидкий металл образует сварочную ванну — область, защищенную пламенем и газовой средой, которая вытесняет воздух. Сварной шов образуется, когда металл остывает и затвердевает.
При сварке используется смесь кислорода и горючего газа, который является окислителем. Самую высокую температуру (+3200…+3400 °C) имеет ацетилен, который получают путем плавления карбида кальция с обычной водой. Пропан также подходит для газовой сварки, поскольку температура его пламени достигает +2800 °C.
Газы используются реже:
- метан;
- водород;
- пары керосина;
- блаугаз.
Вышеупомянутые вещества используются реже, поскольку температура их пламени намного ниже, чем у ацетилена. Они подходят только для обработки цветных металлов с низкой температурой плавления, например, меди, бронзы и латуни.
Газовая сварка имеет свои особенности, преимущества и некоторые недостатки.
Главной особенностью газовой сварки является более широкая зона плавления и меньшая скорость нагрева. Это может быть преимуществом при определенных условиях.
Например, при соединении или обработке элементов или деталей из инструментальной стали, чугуна, цветных металлов или специальных сталей, которые требуют бережного нагрева и медленного охлаждения.
Другие преимущества газовой сварки:
- простота технологического процесса;
- невысокая стоимость оборудования;
- доступность газовой смеси или карбида кальция;
- не нужен мощный источник энергии;
- возможность контролировать мощность и вид пламени;
- выполнение контроля режимов.
Основные недостатки газовой сварки:
- Относительно невысокий КПД из-за низкой скорости нагрева и значительного рассеивания тепла. Это не позволяет производить скрепление листов металла толщиной от 5 мм.
- Широкая зона нагрева (термического влияния).
- Более высокая себестоимость. Использование ацетилена обходится дороже, чем затраты на электроэнергию при выполнении электросварки.
- Низкий уровень механизации. Газовая технология позволяет реализовывать только ручной вид сварки металла.
Полуавтоматический процесс невозможен, а автоматическая газовая сварка может выполняться только с помощью многопламенной горелки и только при сварке тонких металлов. Газовая технология относится к сложным и асимметричным процессам изготовления неразъемных соединений, но пользуется большим спросом при обработке цветных сплавов, чугуна и алюминия.
Характеристики сварки аргоном
Иногда необходимо сварить металлические элементы, которые невозможно соединить обычной сваркой, например, детали из алюминия, титана или меди. Аргоновая технология делает конструкцию прочной и долговечной.
Этот вид сварки сочетает в себе свойства дуговой и газовой сварки — необходимо использовать дугу, газ и определенные технологические приемы формирования шва.
При аргонодуговой сварке металлов используется инертный газ аргон. Он покрывает зону формирования сварных швов и обеспечивает надежную защиту от окисления, которое может возникнуть при контакте металлических поверхностей с атмосферным кислородом. Аргон не позволяет кислороду проникать в область контактных поверхностей.
Сварка может выполняться вручную, полуавтоматически или автоматически. В зависимости от режима работы используются электроды двух типов: ломаные и неломаные. Нерасходуемый электрод представляет собой вольфрамовую проволоку, которая гарантирует стабильное соединение даже между разнородными металлами.
Преимущества метода аргонной сварки:
- Невысокая температура нагрева позволяет сохранить размеры и форму свариваемых элементов.
- Инертный газ аргон тяжелее и плотнее воздуха, он обеспечивает надежную защиту зоны формирования шва от проникновения кислорода.
- Высокая мощность нагрева дуги позволяет выполнять сварочные работы за короткий промежуток времени.
- Простота и доступность сварочной технологии позволяет быстро овладеть навыками.
Недостатки технологии аргонной сварки:
- Аргон улетучивается при сильном ветре и сквозняках. Это приводит к снижению защиты и ухудшению качества шва. Возникает необходимость проводить аргоновые сварочные работы в хорошо вентилируемых помещениях.
- Сложность оборудования затрудняет настройку режимов.
- При использовании высокоамперной дуги необходимо дополнительное охлаждение соединяемых металлов.
Основным преимуществом технологии аргонодуговой сварки является ее способность создавать неразрывное соединение между металлическими компонентами даже в тех случаях, когда другие типы плавления не работают.
