Сварка плавлением

Режим ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Режим ручной дуговой сварки включают следующие параметры:

• величина сварочного тока;
• род и полярность сварочного тока;
• диаметр покрытого электрода;
• напряжение дуги;
• скорость сварки;

Выбор величины сварочного тока зависит от разных параметров — диаметра покрытого электрода, вида его покрытия и пространственного положения шва. Величина сварочного тока предопределяет производительность сварки (количество металла, наплавленного за единицу времени) и глубину провара.

При малом токе количества выделяющегося тепла, может быть недостаточно, чтобы расплавить сварочные кромки или ранее наплавленные валики, что может привести к несплавлению и непровару, что приведет к браку.

При слишком большой величине сварочного тока, электрод и основной металл будут быстро сильно плавиться, что может привести к прожогу и наплывам, которые являются недопустимыми дефектами.

На упаковке с покрытии электродами содержатся рекомендации завода изготовителя по выбору сварочного тока, но можно воспользоваться и формулой для расчета:

I = (35-45)*D

I — сварочный ток,

D — диаметр электрода.

С учетом толщины стенки свариваемых деталей и пространственного положения шва при сварке, значение сварочного тока поправляют: при сварке деталей толщиной до 3 мм. и при вертикальных и потолочных положениях шва, значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10-15% ниже заданного.

Форма и размер шва зависят от рода и полярности тока, которые выбирают в зависимости от типа электродного покрытия, марки и толщины основного металла. При постоянного тока обратной полярности количество теплоты выделяющиеся на электроде на 20-40% больше, чем на основном металле и наоборот при сварке на прямой полярности, количество теплоты больше выделятся на основном металле.

Так при сварке переменным током глубина проплавления будет на 15-20 % меньше по сравнению со сваркой на постоянным током обратной полярности.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей, марки стали, формы разделки кромок, пространственного положения, в котором осуществляется сварка, и вида сварного соединения. Применение покрытых электродов большего диаметра не рекомендуется, поскольку это приводит к возникновению ряда дефектов, непроваров и зашлаковыванию сварного шва. Лучше использовать электроды диаметром 3-4 мм. Когда толщина металла превышает 12 мм и сварку ведется в нижнем положении, можно применять электроды диаметром 4-5 мм.

При сварке в других вертикальных, горизонтальных и потолочных швов а также корня шва следует использовать электроды диаметром не более 3 мм, при сварке заполняющих слоев и облицовочного, можно применять электроды диаметром до 4 мм.

В зависимости от прочностных и других механических характеристик свариваемых сталей выбирают электроды соответствующего типа и марка.

В процессе ручной дуговой сварки электрод должен совершать определенные поступательно колебательные движения, смотрите рисунок выше.

Если перемещать электрод исключительно в направлении сварки без поперечных колебательных движений, то наплавленный валик будет узким (ниточным). Такой способ применяется при сварке тонколистового металла, и подварке дефектов, а также при сварке когда не допускаются большие тепловложения.

Метод плавлением

Существует несколько видов сварочного процесса методом плавления, которые должны быть указаны в технологических картах по сварке металлоконструкций:

1. Ручная дуговая.
2. Газовая.
3. Полуавтоматическая.
4. Автоматическая.
5. TIG сварка.

Наиболее распространенной является дуговая сварка. Она находит широкое применение, как в быту, так и в промышленности. Этим видом сварочного процесса можно соединять детали и конструкции из различных материалов. В комплект аппарата для осуществления этого процесса входят держатели электрода, а также держатель массы, крепящийся на свариваемой детали.

Сварка ручным дуговым методом производится электродами, состоящими из металлического стержня и обмазки, функцией которой является защита стержня и обеспечение стабильности горения электрической дуги.

Операционная технологическая карта сборки и ручной дуговой сварки содержит сведения о том, какие электроды могут использоваться. Имеется большой выбор электродов. При правильном выборе с помощью этого метода может проводиться сварка деталей из различных материалов. Этим методом возможна сварка во всех пространственных положениях, а также в труднодоступных местах. К отрицательным моментам относится низкий КПД работ, невысокая производительность, вредные условия. Такой род работ для получения качественного результата может проводиться только сварщиком, имеющим опыт и высокую квалификацию.

Несмотря на то, что имеется много видов электродов, для разных видов сварки применяются определенные электроды. Имеется указание на то, что перед началом сварки электроды должны быть просушены и другие нюансы этого процесса.

Ручная дуговая сварка потенциально опасна для сварщика, поэтому большое внимание уделяется требованиям безопасности

В технологической карте указываются способы подготовки кромок деталей и способ сборки.

В качестве способа сборки чаще всего указываются прихватки.

При сварке стыковым методом для получения хорошего шва большую роль играет форма скосов деталей. В технологической карте указывают, каким рекомендуется делать скос. V-образный применяется для тонких листов, а X-образный используется для сварки более толстых деталей.

Согласно технологии электрод вместе со сварной ванной следует плавно перемещать вдоль линии соединения со скоростью, которая зависит от материала деталей. Рекомендуемая скорость указывается в технологической карте. Основной принцип заключается в том, что тонкие детали требуют большую скорость. Для толстых и массивных предпочтительнее будет более медленная.

Исходя из ширины шва и глубины проплавки, необходимо выбрать способ перемещения электрода – прямой, зигзагообразный, петлевидный. Во время выполнения сварки ручным дуговым способом значительную роль играет направление перемещения электрода. Необходимо выбрать один из трех вариантов: по оси электрода, вдоль оси валика, поперек шва.

Газовая сварка также осуществляется методом плавления. При этом используется смесь кислорода и горючего газа. К плюсам газовой сварки относится возможность сваривать цветные металлы, в том числе очень тонкие. Недостатком является сильный нагрев детали.

Видом сварки, при которой соединение происходит благодаря тому, что в зону сварки подается проволока, выполняющая роль электрода, является полуавтоматическая сварка. В ту же зону, что и электрод подается защитный газ, функцией которого является защита места сварки от окружающего негативного воздействия. Таким способом можно сваривать черные и цветные металлы. Еще одним достоинством является то, что можно сваривать тонкие детали и обладающие большой толщиной.

Этот вид сварки весьма распространен. С работой таким методом может справиться сварщик и более низкой квалификации, что делает особо востребованной технологическую карту на сварку металлоконструкций.
Автоматическая сварка отличается используемым оборудованием.

Применяемые автоматы являются сложным оборудованием, поэтому в технологической карте важным является описание его настройки, которое должно обеспечивать работоспособность. Существует много видов автоматов, поэтому должны указываться рекомендуемые для сварки конкретного соединения.

TIG сварка в основном используется для сварки деталей из алюминия и сплавов, куда он входит в состав. Также она может использоваться для соединения деталей из нержавеющей стали. При этом виде сварки, как правило, используется электрод из вольфрама, что должно быть отражено в технологической карте.

Определение сварки

Сварка – это особая технология, применяемая для неразъемного соединения металлов методом установления между ними межатомных связей с помощью специального оборудования, работающего под высоким температурным режимом. Таким способом можно создавать монолитные скрепления, как между однородными металлами, так и сплавами. На сегодняшний день сварочные работы применяются во многих промышленных отраслях, включая машиностроение, строительство и ремонтные работы. Далее перечислим, какие виды сварки существуют.

Кроме этого, благодаря разнообразию агрегатов и материалов для процесса соединения деталей, данная технология используется в домашнем хозяйстве для ремонта многих деталей и предметов (посуда, мебель, техника, трубопроводы). Данная методика металообработки столь популярна благодаря своей надежности. Начинающий сварщик, который желает обучиться этому процессу изначально интересуется, какие бывают виды сварки. По основной классификации их три, но при этом каждый делиться еще на несколько:

• механическая производится, благодаря энергии и давления, которые деформируют изделие и позволяют им плотно соединиться. К механическому виду относятся: магнитно-импульсная, холодная и ультразвуковая сварки.
• термическая, которая характеризуется использованием дополнительного материала, расплавляющимся под действием высокой температуры. Благодаря этому жидким материалом заполняется пространство между двумя деталями, а при застывании (кристаллизации) создается надежное крепкое соединение. Данный тип, в свою очередь, делится еще на подвиды – электролучевая, светло-лазерная, термитная литьем, газовая, дуговая, плазменная и электрошлаковая сварка.
• комбинированная (термомеханическая) отличается тем, что процесс сварки происходит под воздействие давления и тепла одновременно. Перед соединением детали нагревают, чтобы они были более гибкими и пластичными. Благодаря этому соединение получается более прочным. Существует определенное количество типов комбинированной обработки – конденсаторная, газопрессовая, контактная, индукционно-прессовая и диффузионная.

Это самая основная классификация видов сварки, так как их принято разделять еще на несколько, по типу управления, используемого материала и т.д.

Разновидности сварочных работ

Существует такие виды сварки давлением:

1. Механическая. Соединение выполнятся за счет сдавливания заготовок, это такие виды, как холодная, ультразвуковая, сварка взрывом и трением.
2. Термомеханическая. В этом случае одновременно применяется усилие и местный нагрев: электроконтактный, газопрессованный и диффузионный методы.

Холодный метод

Соединение деталей происходит только за счет их сжатия. Создаются усилия, превышающие значения текучести материала, в результате чего происходит сваривание. Этот вариант эффективен в том случае, когда в привычном состоянии металл имеет высокую пластичность.

Холодный метод – соединение деталей с помощью сжатия.

В процессе сдавливания происходит диффузия одного материала в другой, выделяется тепло, поэтому после сварки заготовки охлаждают. Шов получается прочный, в нем нет внутренних напряжений и негативных последствий, возникающих при перегревании материала. Такой метод подходит для соединения сплавов, в составе которых есть титан, никель, медь.

Электроконтактная сварка

Сначала электрическим током нагревают соединяемые детали, а затем их сдавливают.

Контактная сварка бывает:

1. Шовная. Используются вращающиеся дисковые электроды, ток подается непрерывно или импульсно. Соединение получается сплошное, используют для сваривания герметичных емкостей, толщина стенок которых до 3 мм.
2. Точечная. Детали укладывают внахлест. Ток передают по цилиндрическим электродам, они располагаются с одной или с обеих сторон. Электроды охлаждают водой, чтобы внутренний слой металла расплавился, а наружный сделался пластичным, после чего заготовки сдавливают. Применяют для деталей (сетки каркасы, листы и т.д.) толщиной до 3 см.
3. Стыковая. Соединение деталей происходит по всей площади контакта. Электроды-губки имеют подвижный и неподвижный контакты. При появлении жидкого слоя давление не снимают и выполняют осадку. Применяют для сварки труб, рельсов и других заготовок круглого, квадратного, шестигранного сечения.
4. Рельефная. На заготовках имеются отштампованный выступы, к которым прикладывают усилие и ток. Применение широких электродов позволяет одновременно сваривать до 20 точек. Таким способом к листам крепят болты, гайки, создают герметичные соединения, длина которых не более 10 см.

Электроконтактная сварка является одним из самых распространенных видов.

Диффузионный метод

Выполняют местный нагрев заготовок до 0,5-0,7 температуры их плавления. Затем прикладывают усилие 0,5 МПа на протяжении от 2 минут до нескольких часов. В результате на атомном уровне происходит обмен частичками между соединяемыми деталями, этот процесс называется диффузионная сварка.

В вакууме или среде защитного газа можно соединять металлы с неметаллами, если материалы устойчивы к воздействию кислорода, сварку выполняют на открытом воздухе. Получается монолитный высокопрочный шов. При равных условиях в этом случае затраты энергии в 4-6 раз меньше, чем при контактной сварке. В основном метод используют на высокоточных производствах.

Сварка трением

Одна заготовка остается неподвижной, а вторая находится в зажиме, совершающем вращательные и поступательные движения. За счет трения выделяется тепло.

При сварке трением выделяется тепло.

Сначала детали сжимают, потом начинают вращать; когда температура в месте контакта достигнет 980-1300 °C, вращение останавливают, а сжатие продолжают. Метод простой, надежный и высокопроизводительный. Сварка трением позволяет соединять изделия из разнородных материалов.

Ультразвуковой способ

Пластическая деформация деталей происходит под действием ультразвуковых колебаний и небольших усилий. Чтобы процесс ускорить, может выполняться незначительный нагрев. За счет усилия и ультразвука сначала разрушают оксидную пленку, а потом выполняют соединение.

Подходит для работы с тугоплавкими материалами, пластмассой, полимерной тканью и т.д.

Сущность процесса сварки плавлением

Сварка плавлением ― это способ соединения заготовок методом расплавления соприкасающихся поверхностей без сжатия. Источник энергии должен обеспечивать мощность, достаточную для плавления кромок деталей и присадочного материала. Для образования сварочной ванны, которая представляет собой смесь жидких металлов, пламя концентрируют на небольшом участке стыка. При перемещении места приложения тепловой энергии вдоль линии соединения после остывания создается сварочный шов по всей длине.

Вместе с металлом плавятся загрязнения, поэтому на поверхности ванны образуется шлак. Верхние слои нагреваются выше температуры плавления, что приводит к изменению структуры и механических характеристик шва после остывания. К достоинствам сварки плавлением относят универсальность и возможность соединения разнородных металлов.

Принцип сваривания

Как говорилось выше, принцип сваривания плавлением основан на процессе смешивания расплавленного металла в зоне сваривания, с образованием прочного, неразборного соединения. Источник тепловой энергии, имеющий довольно большую мощность, концентрирует тепловую энергию на малой площади сварочной ванны. Именно в этой ванне и находится доведённый до точки плавления сплав, который туда подаётся либо с использованием электрода, либо со специальной проволокой (в случае сваривания несгораемым электродом). Перемещая источник тепловой энергии вдоль кромки соединяемых деталей, перемещают и сварочную ванну, постепенно добавляя в неё присадочный материал. После остывания, материал ванны кристаллизуется, что приводит к образованию прочного сварного шва.

Процесс розжига высокотемпературной дуги состоит из трёх последовательных действий. Сначала электродом касаются заготовки, в результате чего получается короткое замыкание, вызывающее нагрев его кончика. Далее, кончик отводят на небольшое расстояние от детали, это расстояние подбирается опытным путём. Оно должно быть таким, при котором дуга наиболее устойчива. Разогрев электрода необходим для устойчивой экзоэмиссии электронов, которая также гарантирует устойчивую электрическую дугу.

Принцип сварки плавлением

При плавлении электрода происходит перенос присадочного материала в сварную ванну, и детали соединяются. На некоторых сварочных аппаратах, предназначенных для сварки несгораемым электродом, поджиг дуги является бесконтактным. Он выполняется специальным устройством, называемым осциллятором.

Технология сварки трением

Рассматривая технологию с точки зрения физико-химических процессов, можно выделить несколько последовательных процессов:

• происходит истирание оксидного слоя в процессе соприкосновения деталей во время движения;
• область шва нагревается до температуры пластичности металла, он способен деформироваться под давлением;
• возникает единый диффузный слой в процессе проникновения молекул одной детали в другую, за счет этого образуются швы на разнородных и однородных металлах;
• формирование шовного валика вызвано выдавливанием пластичного металла за зону стыка;
• фиксация свариваемых деталей до затвердевания диффузного слоя;
• образование монолитной структуры в месте шва, проходит процесс кристаллизации, формирования металлической решетки.

При трении контактируют отдельные выступы, металл в зоне трения прогревается равномерно на небольшую глубину. После осадки деталь остывает медленно, образуя соединение по всей площади стыка.

Техника безопасности

Нарушения правил безопасности ведет к профзаболеваниям исполнителей, возникновению предпосылок к несчастным случаям и травматизму на производстве. При больших объемах сварочных работ они должны проводиться в специальных помещениях или отгороженных кабинах, где устраивается вентиляция для удаления вредоносных газов.

При строительстве зданий устраиваются огороженные площадки, при этом высота щитов должна быть не менее двух метров, сварка в пожароопасных местах производится с неукоснительными соблюдениями требований пожаробезопасности. Оборудование на открытых участках защищается от осадков навесами или укрывается плотным брезентом.

Важно! Аргонодуговую сварку запрещено производить, когда идет дождь, особенно это опасно при грозе, т. к

вероятность поражения электроразрядом высокой силы многократно возрастает.

При сварке цветных металлов выделяется огромное количество вредоносных газов и пыли, что негативно сказывается на здоровье сварщиков, поэтому нужно обеспечить эффективную вытяжку и приточную вентиляцию в помещении. При их оборудовании надо учесть, что вредные примеси удаляются от места проведения сварки под углом и в противоположную от исполнителя сторону.

В. И. Никаноров, образование: ПТУ, специальность: оператор аргонодуговой сварки, опыт работы: с 1995 года: «Начинающие сварщики должны помнить, что здоровье зависит только от вас самих, поэтому никогда не соглашайтесь работать в местах необорудованных надежной вентиляцией — молоко не спасет вас от отравления вредоносными отходами сварки, скопления их в организме».

Технология сварочного производства и виды сварки

Сама по себе теория сварки – достаточно сложная и обширная. Она включает в себя изучение свойств конструкционных материалов на молекулярном уровне. Лишь четкое понимание принципов построения кристаллической решетки того или иного металла и сплава дает возможность правильно подобрать необходимое оборудование и режимы работы.

Современная технология сварочного производства насчитывает более сотни способов сварки как металла, так и неметаллических материалов: стекло, полимеры и т.п. Главные критерии выбора технологии:

• толщина свариваемых деталей;
• химический состав сплава;
• условия работы;
• предел прочности сварного шва;
• условия эксплуатации готового изделия.

Каждый из перечисленных критериев непосредственно влияет на выбор оборудования и технологии сварочного производства в каждом конкретном случае. В современной промышленности активно используются три основных вида сварки:

• термическая – процесс сварки сопровождается расплавлением металла под действие внешних источников тепла, таких как газовая горелка или электрическая дуга;
• термомеханическая – комбинированный способ включает в себя как термическое, так и механическое воздействие (давлением) на свариваемые поверхности, к такому способу относят кузнечную и контактную сварку;
• механическая – процесс полностью исключает воздействие высокой температуры от внешних источников и предполагает использование энергии силы трения, эффекта диффузии под давлением или ультразвуковой сварки.

Существует также три подвида технологии сварочного производства в соответствии с некоторыми ключевыми техническими признаками:

• по виду используемой защищенной среды – флюсовая, аргонная (и другие инертные газы), вакуумная или комбинированная;
• по типу сварного шва – прерывистая и непрерывистая сварка;
• по способу работы – ручная, автоматическая и полуавтоматическая, механизированная и роботизированная.

Благодаря такой несложной классификации можно легко и доступно описать все наиболее распространенное оборудование и технологии сварочного производства.

Ручная электродуговая сварка с применением неплавящихся электродов

Данный способ предполагает использование неплавящихся электродов и является одним из самых распространенных как среди профессионалов, так и среди частных мастеров, использующих для собственных нужд. Большой выбор разнообразных по мощности и набору дополнительных функции аппаратов способствует популяризации данной технологии.

В качестве основного сварочного оборудования применяют инверторы. Неплавящиеся электроды изготавливают из графита или вольфрама. Данные материалы позволяют образовывать высокотемпературную электрическую дугу, которая расплавляет металл свариваемых деталей, но не вредит самому электроду.

Электродуговая технология сварочного производства сравнительно проста – заготовки соединятся друг с другом и с помощью дуги, появившейся при постукивании электродом о деталь, происходит непосредственный процесс плавления металла.

Ручная электродуговая сварка плавящимися электродами

Сама по себе данная технология сварочного производства не отличается от предыдущей. Исключение лишь в электродах, которые в данном случае изготавливаются из легкоплавких сплавов, насыщенных легирующими элементами. В результате под действием дуги образуется ванна расплава, содержащая не только металл детали, но и материал электрода. Это позволяет избежать выгорания легирующих компонентов и обеспечить высокое качество сварного шва.

В качестве сварочного оборудования в данном случае также используются инверторы. Такая технология, как и предыдущая, отлично подходит для домашнего использования.

Электродуговая сварка в защищенной среде

Это еще одна разновидность сварочной технологии, основанной на использовании электрической дуги. Отличительная особенность от предыдущих двух способов в наличии защищенной среды инертных газов, чаще всего аргона. Это позволяет минимизировать негативное влияние кислорода на расплавленный металл и обеспечить высокую прочность сварного шва.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка

Технология сварочного производства по своей сути также не отличается от остальных способов дуговой сварки за исключением способа подачи плавящегося электрода и его движения вдоль сварного шва. Полуавтоматический способ предполагает подачу стержня специальным механизмом, а в полностью автоматическом режиме автоматизировано и движение электрода по шву.

Разновидности применяемых электродов

Качественный шов можно получить только при правильном подборе присадочного материала, поэтому на их разновидностях стоит заострить внимание. Сварочный электрод представляет собой стальной пруток, покрытый специальной обмазкой, которая плавится в процессе сварки и защищает шов от воздействия азота из воздуха

В случае сварки несгораемым электродом или газовой, обмазка не требуется, шов защищает инертный газ или пламя из горелки. Поэтому, в принципе, электрод, проволока и другой присадочный материал практически одно и то же.

Присадочный материал, из которого полностью состоит проволока, играет первостепенную роль в прочности шва. В процессе нагрева и плавления из сплавов выгорают легирующие элементы, ухудшая при этом качество соединения. Для того чтобы этого избежать, выбираются прутки из стали, которые по степени легирования равны соединяемым маркам или даже выше их. В случае если марки сплавов разные, степень легирования оценивается по максимально легированному сплаву. Избыток легирующих элементов компенсирует их выгорание.

Если марки сталей неизвестны, а также отсутствует возможность их определить, то используется специальный переходной (его ещё называют буферным) электрод или специальная присадочная проволока. Он позволяет сварить даже разнородные стали, например, такие, как нержавейка и простая чёрная низколегированная сталь, играя роль переходного материала.