Современные и классические сварочные технологии. Современные технологии сварки

Сварка – сложный, трудоемкий процесс. Поэтому даже при выборе бытового сварочного аппарата для дома необходимо учитывать много параметров:

1. Тип электроснабжения: предпочтительней выбирать модели, работающие от стандартной сети на 220 В.
2. С какими материалами планируется работа: для чугуна и меди – необходим аппарат с выпрямителем тока, для черного металла – подойдет простая модель.
3. Толщина свариваемого металла – напрямую связана с силой и мощностью тока.

WESTER IWT200 – обширный набор дополнительных функций

Средняя стоимость – 9500 рублей.

Технические характеристики:

• Макс. сварочный ток — 200 А
• Мощность — 4800 Вт
• Мощность полная — 5160 ВА
• Напряжение — 220 В
• Мин. входное напряжение — 170 В
• Выходной ток — 10-200 А
• Напряжение холостого хода — 75 В
• Потребляемый ток — 20.3 А
• Мин. диаметр электрода — 1.6 мм
• Макс. диаметр электрода — 5 мм
• Тип сварочного аппарата — инверторный
• Тип сварки — дуговая (электродом, MMA)

Инвертор весом 5,87 кг практичен и прост в использовании. Корпус оснащен рукояткой, есть возможность подсоединить транспортировочный ремень. Для сварки используются плавящиеся электроды с диаметром от 1,6 до 5 мм. Модель оснащена такими дополнительными функциями, как «горячий старт», антизалипание, форсирование дуги. Аппарат справляется с перепадами напряжения и его падением до 170 В.

Преимущества:

• Защита от перегрева и перегрузки.
• Компактность.
• Встроенные вентиляторы принудительного охлаждения.
• IGBT технология, которая способствует увеличению коэффициента полезного действия.
• Малый расход электроэнергии – на 30–40% меньше, чем у традиционных сварочных аппаратов.
• Длинный кабель-держатель электродов и надежный зажим массы позволяют работать с любым протяженным объектом.
• Для элементов управления выделена отдельная плата, что упрощает и удешевляет ремонт в случае поломки.

Недостатки:

• Подходит только новичкам, не предназначен для сложных бытовых работ.

Aurora MINIONE 1800 – богатый комплект аксессуаров

Средняя цена – 8000 рублей.

Технические характеристики

• Напряжение сети: 220 В
• Ток в режиме ММА: 20 — 180 А
• ММА ток при ПВ 100%: 31 А
• Номинальное напряжение: 63 В
• Класс защиты: IP 21
• Коэффициент мощности (COS?): 0.73
• Габаритные размеры: 320x123x220
• Вес: 5 кг.

Инвертор построен на базе передовых технологий IGBT и компонентов SMT. В комплект входит двухметровый кабель, зажим на массу, держатель для электродов, кейс для хранения и транспортировки. Аппарат успешно применяется в разных сферах, в том числе строительстве, сельском хозяйстве, при монтаже конструкций из металла. Но рабочее напряжение должно быть не менее 160 В.

Преимущества:

• «Интеллектуальное» охлаждение: включение вентилятора происходит только в том случае, если нагрелись компоненты платы, силовые элементы.
• Форсаж дуги: в тот момент, когда капля металла отделяется от электрода, сварочный ток увеличивается.
• Горячий старт.
• Antistick – автоматическое снижение сварочного тока в случае залипания электрода. Сварщик получает время на то, чтобы отделить электрод и продолжить работу.

Недостатки:

• Низкое качество пластикового кейса.

Какой сварочный аппарат можно посоветовать для дома и дачи из этих 2х вариантов? Выбирайте по цене: где дешевле.

Сварог PRO ARC 160 (Z211S)

Стоимость – 9000 рублей.

Технические характеристики:

• Напряжение сети: 220 В (±15%)
• Ток в режиме ММА: 10 — 160 А
• ММА ток при ПВ 60%: 160 А
• Диаметр электродов (min — max): 1.5-3.2 мм
• Класс защиты: IP 21
• Класс изоляции: F
• Коэффициент мощности (COS?): 0.70
• Артикул: Z211S
• Габаритные размеры: 313×130×250
• Вес: 4.70 кг.

Этот прибор представляет собой инновационную разновидность инвертора 2014 года выпуска. Он способен работать при низком напряжении – от 175 В. Основная сфера применения – наплавка и ручная дуговая сварка электродом диаметром менее 3,2 мм. Возможна также ручная аргонодуговая . Но для этого придется обзавестись вентильной горелкой.

Среди особенностей модели ручка для плавной регулировки сварочного тока, регулятор форсажа дуги, цифровой индикатор, на который выводится текущий сварочный ток.

Преимущества:

• Пятилетнее гарантийное обслуживание аппарата (при прохождении ТО, начиная с третьего года пользования).
• Малый вес – 4,7 кг.
• Разбрызгивание металла при сварке минимально.
• Компактность.
• Высокостабильное горение дуги.
• Развитая дилерская сеть – около 125 сервисов в России.
• Полезные особенности: форсаж дуги, антиприлипание и быстрый старт.

Недостатки:

• Отдельные пользователи жалуются на срабатывание автомата в тех случаях, когда длина шва превышает 5 см.

Ресанта САИ 190ПРОФ – пригоден для работы в сети с низким напряжением

Средняя стоимость – 14000 рублей.

Технические характеристики Ресанта

• Напряжение сети: 220В
• Ток в режиме ММА: 10 — 190 А
• Диаметр электродов (min — max): 5 мм
• Номинальное напряжение: 65 В
• Класс защиты: IP 21
• Артикул: 65/30

Этот мощный сварочный аппарат инверторного типа для дома и дачи славится простотой управления, надежностью и функциональностью. С его помощью осуществляется ручная электродуговая сварка. И эта марка, пожалуй, одна из самых известных в России. Стабильное горение дуги обеспечивает плотный ровный шов. Специальная технология PFC позволяет работать при просадке напряжения до 100 В. Также аппарат можно подключать к генератору на 4,6 кВт.

Преимущества:

• Удобная регулировка форсажа дуги.
• Полезные дополнительные функции – «антизалипание» и «горячий старт».
• Компактность, удобная транспортировочная рукоятка.
• Хорошее проплавление и минимальное разбрызгивание металла.
• Цифровой дисплей, на который выводится сварочный ток.
• Легкость: аппарат весит всего 8,9 кг.
• Пригодность для сварки любого черного металла, нержавеющей стали, меди толщиной более 0,3 мм.
• Экономия электроэнергии по сравнению со схожими приборами – 30% (благодаря уменьшенному электромагнитному полю).

Один из видов неразъемных соединений металла - сварочный шов. Образуется при локальном нагреве места стыка. Надежность обеспечивается созданием межатомных связей. Для производства такого соединения используется специальное оборудование - сварочный аппарат.

Оборудование для сварки используется с целью термической обработки краев металлических изделий посредством создания электрической дуги. Общеупотребительное название - сварочная дуга.

Источником питания дуги служит электрический ток:

1. Переменный. Изменение направления вектора тока приводит к поочередной смене полярности у анода и катода (детали и электрода). Электродуга исчезает при прохождении тока через нулевое значение напряжения.

1. Постоянный. Вектор тока направлен в одну сторону. Значение напряжения в исходный момент постоянно (меняется при приложении нагрузки).

1. Пульсирующий. Или однонаправленный ток с меняющейся величиной напряжения, отличным от нуля.

Последние два вида имеют полярность:

• Прямая. Свариваемый объект подсоединен к «плюсу» - аноду. Электрод - к «минусу», катоду.

• Обратная. «Плюс» - это электрод, «минус» - деталь.

Значение полярности важно для перенаправления теплового потока. Прямое подключение усиливает тепловой баланс на обрабатываемом изделии, то есть сильнее плавится металл детали. Обратный - на электроде.

Регулировка параметров (частота и длительность импульса) пульсирующего тока позволяет переносить расплавленный металл электрода буквально по каплям.

Электродуговая сварка (один из видов сварки) подразделяется:

• ручная электродуговая;
• полуавтоматическая в среде защитных газов;
• под флюсом;
• неплавящимся электродом.

Соответственно, для выполнения того или иного типа соединения применяется свой комплект сварочного оборудования.

Кроме электрических аппаратов широко распространена газовая сварка - тепловой нагрев осуществляется газовым факелом. В производстве и домашних работах представлены такие виды сварочных аппаратов и приспособлений.

Сварочный трансформатор

Самый первый в истории сварочный аппарат, использующий для зажигания и поддержания дуги электричество - сварочный трансформатор. Преобразует стационарное напряжение (220 или 380V) в пониженное (60-80V). При этом значения тока могут достигать нескольких тысяч ампер.

Регулировка тока осуществляется:

• индуктивным сопротивлением;
• величиной холостой хода (показатель - вторичное напряжение).

Агрегат для сварочных работ состоит из корпуса, объединяющего:

• трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмотки;
• металлический сердечник;
• устройство перемещения вторичной обмотки (регулировка силы тока);
• блок управления.

Трансформаторы подразделяются:

• одно- или двухфазные;
• по количеству рабочих мест - постов;
• способ регулировки: посредством переключения обмоток, дросселем насыщения, магнитным рассеиванием.

Основные характеристики:

• показатель коэффициента мощности {cosφ}, среднее значение 0.4-0.5;
• напряжение электросети (220 или 380V);
• вторичное напряжение (60-80V);
• мощность оборудования - влияет на толщину обрабатываемых деталей и диаметр электродов;
• диапазон регулировки тока.

Принцип действия приспособления для сварки - понижение напряжения до необходимого уровня и поддержание силы тока в процессе обработки детали. Осуществляется при прохождении сетевого тока по первичной обмотке, создании магнитного потока и возникновении пониженного напряжения во вторичной обмотке.

Преимущества

• простота конструкции;
• невысокая и доступная цена;
• несложное обслуживание;
• длительный ресурс эксплуатации.

Недостатки

• нестабильная электродуга;
• сложность зажигания дуги;
• зависимость от скачков и величины сетевого напряжения;
• необходим определенный практический навык со стороны рабочего.

Сварочный аппарат, выполненный на основе трансформатора, применяется для ручной дуговой . Можно использовать для резки металла.

Сварочный выпрямитель

Отличие от трансформатора - на выходе постоянный ток. Если точнее - пульсирующий. Выполняется по одно- или трехфазной схеме. Последняя предпочтительнее, так как снижается пульсация тока.

Конструктивно состоит из нескольких основных узлов (на схеме поз. «а»):

• силовой трансформатор (поз.1);
• блок выпрямителей (поз.2);
• электрод и деталь.

На поз. «б» приведен вид пульсирующего тока.

Силовой трансформатор понижает ток до уровня, обеспечивающего режим сварки. Необходимая величина выставляется посредством регуляторов, входящих в конструкцию. Преобразование переменной составляющей в постоянную производится кремниевыми или селеновыми полупроводниковыми вентилями.

Обобщенно, в состав оборудования входит:

• несущий корпус с колесиками для удобной транспортировки;
• силовой трансформатор;
• блок полупроводниковых выпрямителей;
• блок регулирующей аппаратуры;
• вентилятор охлаждения;
• передняя панель с приборами и ручками переключения, разъемами подключения кабелей.

Основной технический параметр выпрямителя - ВАХ (вольтамперный показатель). Характеризует устойчивость электродуги. ВАХ бывает падающей или жесткой.

Выпрямитель на падающей характеристике основан на кремниевом вентиле. Режим выставляется посредством смены обмоток или плавным смещением магнитного шунта.

Плюсы

• увеличенный КПД, меньшие потери электроэнергии;
• улучшенные показатели динамических свойств;
• повышенная надежность, увеличенный ресурс;
• простота конструкции и обслуживание;
• малошумность в процессе сварки.

Минусы

• достаточно высокая цена по сравнению с трансформатором;
• высокая чувствительность к скачкам напряжения в электросети.

Выпрямитель производится для одного рабочего места или многопостовым. Целесообразно использовать для ручных операций в промышленных условиях. Впрочем, оборудование, собранное своими руками, сможет найти применение в бытовых целях.

Инвертор

Современное сварочное оборудование - это инвертор. Является источником зажигания и питания сварочной электродуги. Самый популярный сварочный аппарат в XXI веке.

Сварочное оборудование представляет собой:

• первичный блок выпрямителя;
• силовой трансформатор, понижающий показатель стационарного напряжения до уровня холостого хода;
• блок полупроводниковых деталей: силовые транзисторы (инвертор), стабилизирующий дроссель, сглаживающий пульсации тока;
• высокочастотный трансформатор;
• вторичный выпрямитель для перевода переменной компоненты в постоянную;
• блоки стабилизации, регулировки и управления.

Перевод стационарного тока в сварочный осуществляется:

1. Сетевое напряжение (220 V, 50 Hz) преобразуется в постоянный ток на первичном выпрямителе.
2. Инверторный блок (транзисторная группа) трансформирует ток в переменный с высокой частотой (десятки килогерц).
3. Напряжение посредством высокочастотного трансформатора понижается с одновременным возрастанием силы тока.
4. Вторичный выпрямитель преобразует переменную составляющую в постоянную. Далее ток направляется на электрод.

Преимущества инвертора

• Обеспечение высоких показателей стабильности электродуги.
• Независимость от колебаний напряжения в электросети.
• Возможность изменять рабочие показатели тока в широком диапазоне.
• Работа на переменном и постоянном токе любыми видами электродов с флюсовой обмазкой.
• Малое образование брызг расплавленного металла.
• Соединение широкого перечня металлов, в том числе со слабой свариваемостью: конструкционная сталь, чугун, цветные металлы и сплавы (медь, алюминий).
• Обеспечение работы в режимах MMA (ручная дуговая), TIG (неплавящимся электродом в среде газов), MIG/MAG (плавящимся электродом в среде защитных газов).

К дополнительным плюсам относятся:

• Функция «HotStart» (горячий старт). Упрощает зажигание дуги. Отсутствует привычное залипание электрода, как у сварочного трансформатора.
• Функция «ArcForce» (буквально, форсаж дуги). Основное назначение - поддержание стабильности дуги при нештатных режимах.

Основные характеристики:

• Сварочный ток. Определяет толщину обрабатываемого материала.
• Диаметр электрода. Показывает на диапазон применяемых электродов.
• Стационарное напряжение. Сварочный аппарат спроектирован для эксплуатации в одно- или трехфазной сети.
• Мощность. Влияет на толщину обрабатываемого металла, продлевает ресурс оборудования при штатных режимах без перегрузок.

Инвертор применяется для всех видов ручной сварки. Схема применена в полуавтоматических приборах, оборудовании, работающем в среде защитных газов. Агрегат - находка для начинающих сварщиков. На нем удобно постигать азы сварочной науки.

Полуавтомат

Полуавтоматическая сварка - это применение в качестве электрода и присадочного металла проволоки. Последняя автоматически подается в зону электродуги.

Полуавтоматы выполняются по принципу:

• трансформатора;
• выпрямителя:
• инвертора.

Основное отличие - блок подачи проволоки в зону горения и оборудование с газовой средой.

Для полуавтомата используется стальная омедненная калиброванная проволока. Покрытие обеспечивает хороший электрический контакт и скольжение сквозь мундштук держателя.

Ток подается на токопроводящий мундштук. Электродуга плавит проволоку. Обеспечение необходимой и постоянной длины проволоки производится механизмом подачи. Газ подается через сварочную горелку. Назначение газовой компоненты - образование защитного облака, отсекающего влияние кислорода воздуха.

Полуавтомат может производить работы без среды защитных газов. Для этого применяется специальная проволока с флюсом в виде порошка. Конструкция представляет собой оболочку из собственно сварочной проволоки, внутри которой находится защитный порошок.

Преимущества

• высокие показатели качества сварного шва;
• обработка материалов, трудно поддающихся сварке;
• возможность работы с тонким листовым металлом (например, автомобильный лист);
• почти полное отсутствие угара, малое разбрызгивание;
• допускается проводить работы без предварительной разделки кромок обрабатываемых полуфабрикатов;
• экономичность - меньший расход металла (проволоки), использование газа вместо дорогостоящего флюса (электрода);
• повышение производительности труда;
• упрощение процедуры сварочных операций - отсутствует эффект примерзания проволоки к детали по окончании процесса.

Недостатки

• наличие дополнительного оборудования - механизма подачи проволоки, газового оборудования;
• осложнения при транспортировке из-за громоздкости всего комплекта;
• необходимость защиты газового факела от ветра при работе на открытой местности;
• увеличение стоимости оборудования.

В целом, сварка и сварочное оборудование при полуавтоматическом процессе почти незаменимы при работах с тонкостенными изделиями (автомобильная промышленность). Или при обработке химически активных (алюминий, титан) или трудносвариваемых (чугун, высоколегированные стали и т.п.) материалов.

Точечная сварка

Точечная или контактная сварка - технологический процесс соединения металлических изделий на малой локальной площади (точке).

Прочность сварного стыка определяется:

• формами и размерами электродов;
• величиной тока;
• времени процесса;
• силы сжатия электродов;
• состоянием соединяемых поверхностей.

Принцип действия, конструкция

В основе процесса лежит принцип теплового воздействия на стыкуемые изделия. Электроды прижимаются к поверхности обрабатываемых деталей. При подаче тока, последний проходит от электрода к электроду сквозь полуфабрикат.

Металл электродов обладает высокой электропроводностью. В точке сварки образуется зона с повышенным электрическим сопротивлением - выделяется тепло и происходит расплавление соединяемого металла. Образуется ядро шва размером 4-10 мм.

Существует два режима точечного стыка:

• Мягкий. Отличается увеличенным временем сварки, постепенным нагревом (до 3 секунд)
• Жесткий. Характеризуется повышенными токами, меньшим временем обработки, значительными усилиями сжатия электродов.

Первый способ отличается:

• меньшей нагрузкой на сеть;
• применением оборудования меньшей мощности, соответственно, более дешевого;
• снижение общей площади закалки металла, возникающей при нагреве;
• применяется для обработки стали, склонной к закалочным процессам.

Второй:

• повышенным расходом электроэнергии, нагрузкой на сеть;
• потреблением мощности;
• усиленное оборудование;
• используется для работ с алюминием, медью, высоколегированных сталей, изделий разной толщины.

Параметры процесса задаются изначально:

• диапазон усилий сжатия и время приложения давления;
• время обработки током;
• сила тока.

Нашла применение для стыковки изделий в электронике (толщина детали не менее 0.02мм), автомобильной промышленности, судо- и авиастроении и т.п.

Бытовой сварочный аппарат - это конструкция в виде клещей.

Сварочный агрегат (генератор)

Для работ «в поле» при отсутствии стационарной электрической сети используются изделия, сочетающие несколько функций:

• сварочный аппарат;
• генератор электричества.

Сварочный агрегат состоит:

• двигатель внутреннего сгорания (дизельный или бензиновый);
• топливный бак;
• генератор;
• сварочный инвертор (трансформатор, выпрямитель);
• блоки коммутации, управления.

Двигатель создает крутящий момент, приводящий в действие генератор. Последний вырабатывает электрический ток;

• преобразуемый в 220V для подключения других потребителей электрической энергии (через розетку на корпусе);
• подающийся на сварочное оборудование для выработки необходимых параметров для сварочных работ.

Плюсы

• полная независимость от внешнего источника питания - электрической сети;
• функция «2 в 1»: выработка электроэнергии для сварочного аппарата и других потребителей;
• экономия финансов - один агрегат стоит дешевле, нежели два по отдельности;
• устройство занимает меньше места, чем два отдельных.

Основное преимущество - это использование в местах с полным отсутствием электричества. Этот факт очень важен для выбора оборудования при проведении ремонтных или строительных работ в полевых условиях.

Газосварочный комплект

Газовая сварка - создание тепла для расплавления металла посредством сгорания горючего газа в среде кислорода. При высокой температуре (700-3000°C) происходит расплавление присадочной проволоки, оплавление краев обрабатываемых деталей. Создается ванна расплавленного металла, при остывании образующая сварочный шов.

Область применения:

• соединение стали с толщиной до 5мм;
• сплавление цветных металлов и сплавов;
• стыковка элементов из инструментальной стали, требующая плавного нагрева и медленного охлаждения;
• - особенность химической структуры и свойства самого материала.

Достоинства

• простота технологического процесса;
• доступность энергетического носителя (газа) и окислителя (воздух, кислород);
• отсутствует необходимость в стороннем источнике энергии - процесс сжигания является тепловыделяющей операцией;
• легкий контроль за параметрами сварочного процесса - временем нагрева, тепловым потоком, скоростью резки и сварки.

Недостатки

• малая скорость прогрева зоны сварки;
• из-за широкого рассеивания газового факела значительно увеличивается зона нагрева детали;
• отсутствует возможность сужения факела - происходит нерациональное использование теплового потока;
• с увеличением толщины металла падает производительность труда - время тратится на разогрев зоны обработки;
• экономический эффект ниже по сравнению с электродуговым соединением;
• невозможность автоматизации процесса.

Приобретать такое оборудование для решения собственных бытовых задач целесообразно при совмещении с оказанием сторонних услуг газовой сварки. В противном случае оно будет просто пылиться на складе.

Выбор сварочного аппарата

Выбор сварочного аппарата, покупка оборудования - ответственный шаг. Кроме финансовых затрат, необходимо:

• организовать рабочее место (при стационарном использовании);
• оборудовать зону для хранения оборудования;
• выбрать и купить приспособления для сварки;
• изучить устройство сварочного аппарата, овладеть навыками работы;
• озаботиться техникой безопасности - сварочные материалы и оборудование относятся к приспособлениям с повышенным риском.

На выбор повлияют условия применения оборудования. В местности с отсутствием электричества применимы сварочный агрегат или газовое оборудование. В пользу генератора - выработка электроэнергии для других потребителей: освещение, электроинструмент, бытовая плитка для приготовления пищи и т.п.

Другой вариант - оснащение электросетью в 220 или 380V. Небольшие аппараты в 220V выполнят широкий круг задач при строительстве собственного дома. Использование напряжения 380V значительно расширяет возможности оборудования. Позволит применять оборудование для решения домашних проблем и в малом бизнесе.

Выбирая, какой сварочный аппарат лучше, вы должны помнить общие критерии:

• Экономическая целесообразность покупки. Необходимо оценить окупаемость затрат. Вполне возможно, что арендовать аппарат или пригласить специалиста окажется выгоднее.
• Сетевое напряжение. Оборудование подбирается в соответствии с обеспечением электроэнергией: в одно- или трехфазном исполнении.
• Типы сварочных аппаратов. Агрегат выбирается исходя из навыков владения тем или иным видом оборудования, видов работ, финансовых возможностей.
• Сила тока. Определяет толщину обрабатываемого металла и диаметр электрода. С ростом показателей увеличивается толщина и диаметр.
• Экономичность. Инвертор существенно меньше потребляет электроэнергии в процессе эксплуатации.
• Условия эксплуатации. Преимущество за трансформатором, способным работать в непрерывном режиме в полевых условиях.
• Ремонтопригодность. Трансформатор и выпрямитель проще отремонтировать в силу простоты конструкции. Нет проблем с поиском запчастей.
• Масса. Инвертор легче других электроаппаратов в 2-3 раза.
• Цена. Цепочка выглядит (по возрастанию): трансформатор→выпрямитель→инвертор.

Опытный мастер сам сможет определиться с необходимым оборудованием. Для начинающего электросварщика порекомендуем:

• инвертор;
• максимальный ток 160-200А;
• напряжение питания 220В;
• возможность применять электроды Ø 1.6-4мм;
• выполняет все виды швов в ручном режиме дуговой сварки.

Сварочный процесс формирует неразъемное соединение различных частей каких-либо металлов за счет образования новых межатомных связей.

Он заключается в создании локального или повсеместного прогрева, пластической деформации, или одновременного действия обоих факторов. Современные сварочные технологии представлены почти сотней видов автоматизированной и ручной сварки.

Имеются три разновидности или типа сварки. По методу получения энергии соединения ее делят на термическую, термомеханическую и механическую.

К термической сварке причисляют процессы с использованием электрической дуги, газа, плазмы и других источников теплового излучения. Именно благодаря ему происходит нагрев и сварка.

В термомеханических видах кроме тепловой энергии применяют давление для получения неразрывного соединения.

В механической теплоту получают за счет трения, давления, ультразвука или взрыва.

Виды сварочных работ многообразны и их классификация производится по разным критериям. Классификация идет по способу , по непрерывности процесса сварки, степени механизации, используемым газам. Кроме этого имеются технологические признаки, которые индивидуальны для каждого вида сварки.

Виды сварных соединений подробно описаны в ГОСТ (государственных стандартах). Кроме этого имеется большое количество ГОСТ описывающих виды сваривания, способы контроля сварных швов, меры безопасности при производстве сварочных работ.

Термическое сваривание материалов

Термические процессы основываются на плавлении соединяемых деталей за счет тепловой энергии. Выделяю несколько видов термической сварки:

• электродуговая (в среде защитных газов, под флюсом и прочие);
• электрошлаковая;
• электронно-лучевая и лучевая (лазерная);
• плазменная;
• газовая;
• термитная.

Самое широкое применение получила . Но и другие виды востребованы в различных современных сферах производства и в бытовых условия.

Расплавление электрической дугой

Электродуговой вид сварки работает за счет выделения энергии в дуге из-за того, что сопротивление дуги значительно больше, чем сопротивление всей электрической цепи, образующей замкнутый контур.

Поэтому практически все тепловая энергия выделяется в дуге, разогревая ее до 4,5-6 тысяч градусов и вызывая плавление любого металла. Дуга возникает в зазоре электрода и свариваемого металла, вызывая их плавление.

При остывании создается неразрывный шов, свойства которого связаны с током, составом присадки и многими другими факторами.

Дуговое сваривание производится плавящимися и неплавящимися стержнями (электродами). В оборудовании используется инверторная технология, что позволило создать компактные производительные устройства.

При сварке заготовок с помощью электрода разжигают дугу между ним и поверхностью стыка. Это создается за счет короткого замыкания при прикосновении прутка к металлу, и последующего его отрыва на расстояние 3-5 мм.

Дуга расплавляет конец электрода и кромки свариваемого изделия. В точке образования дуги создается сварочная ванна.

Для получения сварного шва требуется вести электрод вдоль стыка со скоростью достаточной для расплавления кромок и электрода, но не достаточной для прожигания деталей.

После охлаждения металла получается сварной шов по прочности сопоставимый с основой. Электрод может быть в виде отдельного стержня в обмазке или присадочной проволоки на механизме ее подачи.

При сваривании неплавящимся стержнем электродуга возникает между ним и кромками заготовок. Происходит расплавление кромок, если необходимо и присадочной проволоки в образующейся при этом сварочной ванне. Пруток может быть угольным или из вольфрама. Электродом неплавящегося вида обычно работают при (латуни, бронзы, мельхиора) и тугоплавких металлов.

Защита флюсами и газом

Сваривание металла под слоем флюса обычно выполняется автоматически или при наполовину автоматизированном процессе (полуавтоматом). В первом случае все процессы автоматизированы, во втором процесс подачи электрода производится автоматически, а движение горелки осуществляется сварщиком.

Расплав в сварочной ванне защищается расплавом шлака от воздействия атмосферного воздуха. Шлак получается за счет расплавления флюса поступающего в ванну. Вид сварки с применением флюсов весьма производителен, к тому же получается качественный сварной шов без пор и других недостатков.

Сваривание в газе обеспечивает предохранение участка сварки от вредного воздействия паров воды, атмосферного кислорода и азота.

Это обеспечивается за счет подачи струи защитного газа через сопло горелки в сварочную зону, что позволяет вытеснить атмосферный воздух. Используется при применении неплавящихся и плавящихся электродов. В итоге получается качественный шов при высокой производительности труда.

Электрошлаковая

Электрошлаковый вид сварки осуществляется благодаря сплавлению вертикальных краев изделия с электродом. Когда электрический ток проходит через лак, выделяется тепло. Дуга присутствует только на начальном этапе. В дальнейшем металл расплавляется за счет тепла выделяемого шлаком.

С двух сторон зазора устанавливаются ползуны из меди. Их охлаждают путем подачи воды. Снизу устанавливается поддон с флюсом. Между ним и электродом разжигают дугу и подают туда проволоку.

Электрическая дуга расплавляет проволоку и флюс, из них образуется сварочная ванна, над которой всплывает легкий жидкий шлак. По мере расплавления кромок и сварочной проволоки ползуны перемещаются вверх по стыку. В итоге получается качественный шов. Благодаря такому процессу можно варить металлы большой толщины за один проход.

Лучевая

В промышленности, особенно приборостроении и электронике требуется сваривать очень мелкие детали, имеющие особые требования к процессу сварки. Выбор способа сварки в этом случае невелик. С ними могут справиться только мощный световой луч, поток электронов или плазмы.

Чтобы получить шов отличного качества, требуется высокоэнергетический источник. Это может быть лазер или другой подобный источник энергии способный сконцентрировать огромную тепловую энергию на маленьком участке и на малое время. использует энергию разогнанных до большой скорости электронов. В случае с лазером разогрев осуществляется за счет энергии фотонов.

Плазма, газ, термическая реакция

Сущность вида сварки с применением плазмы заключается в формировании струи ионизированного газа, которая является проводником тока.

Температура плазмы достигает 30000 °C, что позволяет плавить любые металлы в кратчайшие сроки. Энергия плазмы зависит от величины сварочного тока, рабочего напряжения, расхода газа. Сварочные швы получаются высокого качества, тонкие, без внутренних напряжений.

Газовое сваривание осуществляется за счет сжигания горючего газа в кислороде и выделения большого количества теплоты. Это один из старейших видов сварки.

Температура газового пламени составляет три тысячи градусов. Благодаря этому расплавляются стыки свариваемого изделия. Процесс расплавления происходит долго, что вызывает нагрев больших участков поверхности соединяемых изделий. При охлаждении вызывает большие напряжения в шве и самой детали.

При термитном сваривании используется тепло выделяемое при сжигании смеси из алюминия и оксидов железа.

Термомеханическое сваривание материалов

К термомеханическому свариванию относится кузнечная, контактная и подобные им виды. Эти способы сваривания металла используют одномоментно тепловую и механическую энергию. К этому виду относят такие технологии:

• кузнечная;
• контактная;
• диффузионная;

Кузнечной сваркой называется способ, в котором свариваемые изделия сначала нагреваются до необходимой температуры в горне, а потом молотом соединяют друг с другом. Если вместо молота используется пресс, то такой способ называется прессовый.

Контактный вид имеет такое название благодаря тому, что сваривание осуществляется в месте контакта соединяемых деталей. Их сильно прижимают друг к другу с помощью специальных электродов, а затем через точку сдавливания пропускают мощный ток.

В месте контакта получается наибольшее сопротивление, что вызывает выделение основного тепла именно в этой точке. Соответственно, это приводит к расплавлению металла в точке контакта. С помощью контактной получают точечную или шовную сварку.

Контактная сварка получила широкое распространение в машиностроении, особенно в автомобилестроении. Это связано с высокой производительностью и экономичностью данного вида сварки. Она проще всего автоматизируется и широко используется в роботизированных комплексах.

Нельзя не упомянуть диффузионный вид сварки. Его сущность в предварительном нагреве заготовок и последующем их соединении с помощью деформации, которая возникает от механического давления. В таком процессе происходит диффузия атомов из одной соединяемой части в другую и получается неразрывное соединение.

Механическое сваривание материалов

При механическом способе сварки неразрывное соединение получают без внешнего источника тепла. Процесс соединения происходит под действием давления, трения, взрыва или чего-нибудь подобного, что образует межатомные связи между свариваемыми изделиями.

Сварка трением происходит в результате быстрого вращений. Она деталь так плотно прижата к другой, что при вращении происходит сильное трение и разогрев до расплавления. Это обеспечивает надежное соединение заготовок.

Если взять две металлические пластины, очистить от загрязнений и сильно прижать, то при давлениях в несколько десятков тысяч атмосфер происходит пластическая деформация, приводящая к образованию межатомных связей двух частей. В итоге получается неразрывное соединение. Такой способ называется холодной сваркой.

Чтобы возникли силы атомного взаимодействия, между двумя деталями иногда используется взрыв. В этот момент свариваемые детали сближаются так, что возникают атомные связи, которые обеспечивают надежное соединение изделий.

Еще один вид сварки – ультразвуковой. Высокочастотные волны вызывают колебания атомов в металле, и те становятся такими значительными, что вызывает атомные взаимодействия. Итог – надежное соединение.

Каждый монтажный процесс требует правильного подхода. Проще говоря, технология должна соблюдаться обязательно, иначе окончательное изделие, если и окажется на вид приемлемым, и его конструкционные качества будут не на высоте. Сварочные работы, технологии которых разнообразны, должны отвечать всем предписанным действиям, так как изделия из металла отличаются повышенной прочностью и безопасностью в эксплуатации.

Для правильной сварки металла необходимо подходить к этому ответственно и со знанием дела.

Прежде чем применить особенности сварки по выбранной технологии, нужно понять свойства стали, особенности сопутствующих электродов и назначение изделия. Обработка, технология металлов и сварка идут рука об руку и не могут находиться вне зависимости друг от друга.

Применяемые в сварке материалы

Не весь металл сваривается одинаково. Состав стал разниться и влиять на качество и технологию прокладки шва. Общие требования к сварке любого материала должны отвечать таким качествам, как:

• стойкость шва к образованию трещин;
• выдержка стали околошовной зоны;
• определение стойкости металла при переходе в состояние хрупкости;
• проверка на износоустойчивость, коррозию и механические свойства свариваемого материала.

Требования стойкости шва к образованию трещин.

При помощи таких требований и выбирается образец стали. К нему применяется особая технология сваривания, которая будет иной для других металлов. Нельзя забывать, что и аппараты, с помощью которых будет вестись работа, тоже технологически различны.

Для того чтобы изделие хорошо функционировало в любых температурах, в сварке применяют легированные и холодостойкие стали. Ранее технология сваривания таких металлов применялась только с никельсодержащими составами. Теперь же при развитии прогресса в сварке рекомендована работа с меньшим содержанием никеля и низким количеством углерода. Это дает преимущества в виде отсутствия трещин при закалке, использования изделия в агрессивных средах и хорошей свариваемости практически без дефектов.

Жаропрочные стали применяют в сварке в комбинировании с легированными. Прежде всего, это даст экономию обоим видам металла, особенно если применить хромированные компоненты. Стали такого качества прочны и обладают свойствами, работающими как на охлаждение, так и на перегрев.

Сварка алюминия активно используется в разных видах промышленности, но лишь как самостоятельное легкое покрытие. Взаимодействие со сталью плохое, и технологии пока нет. Поэтому прочность такого металла зависит лишь от его свойств, а чистый алюминий - легкий и хрупкий материал.

Классификация видов стали для сварки.

Углеродистые стали - самые распространенные в промышленных и производственных масштабах материалы для сваривания. Особенности заключаются в подверженности плавке. Низко- и среднеуглеродистые без труда поддаются любой технологии, стали же с высоким содержанием углерода считаются тугоплавкими, но и для них созданы решения.

Влияние примесей на технологию сваривания. Некоторые из них могут ухудшать качества и свойства основного металла, другие же, наоборот, улучшать. К примесям можно отнести кислород, висмут, фосфор, серу и другие. Из них хорошими свойствами, придающими качество шву, можно выделить фосфор, мышьяк (швы плотные), а вредными элементами считается большое количество кислорода, висмута и серы (швы пористые и хрупкие).

Влияние металлов на технологию сваривания огромно. От комплексных показателей качества зависит эксплуатация изделия - долгосрочная и безопасная. Критерии оценки стали придумали еще при Петре Первом, и до сих пор используют в модернизированном виде. Прежде чем допустить сталь на сваривание, она проходит множество испытаний на изгиб, кручение, твердость, растяжение. Проверку проходят и свойства на выдавливание и осадку. Для того чтобы понять, как будет реагировать сталь на ту или иную технологию сварки и последующую обработку, необходимо знать ее структуру, чтобы применить к ней наиболее подходящую.

Сварка высоколегированных сталей

Схема особенностей сварки высоколегированных сталей.

Технология включает в себя несколько процессов: определение свойств металла к растрескиванию, коррозии, изменение структуры стали во время сварки и охлаждения готового шва. Процесс сварки такого металла должен идти быстро. Более эффективной является дуговая, нежели газовая. Электроды должны быть выбраны с содержанием аустенситных сталей, благодаря которым шов будет более технологичным.

По окончании сварки изделие или шов нужно охладить. Но технология еще не закончена: шов требует определенной обработки. Помимо отбивания шлака, нужно удалить оксидный слой, если желаемое изделие должно обладать такими же качествами, как и основной металл. Сделать это можно с помощью термообработки и травления швов. Более эффективен второй вариант. Изделие или область шва погружают в раствор с определенными компонентами, и в результате оксид должен раствориться. Швы шлифуют, полируют и получают поверхность, соответствующую стандартам.

Лазерное сваривание металла

Схема лазерной пайки и сварки.

Технология сварки заключается в высокоточной работе, не требующей последующих обработок. Однако из-за стоимости лазера эта технология пока применима лишь в ответственных конструкциях. Требования к внешнему виду достаточно высоки. Такая технология предусматривает большую точность стыков свариваемой конструкции и соответствующую обработку краев. Сначала металлические элементы подвергают тщательному очищению от окалины, ржавчины, режут трещины, убирают оксидный слой. Могут использоваться токарные станки для идеальности кромок. Применяются растворы для обезжиривания, словом, металл для такой технологии подготавливается тщательно.

Соединение сварки только стыковое. Нахлесточные к углеродистым сталям не применяют из-за особой концентрированности электрического напряжения при лазерной технологии. В качестве защитного газа применяют гелий и аргон. Лазерной технологии подвергают как легкие, так и особо прочные металлы.

Схема горячей сварки.

А если выполняется технология горячей сварки? При таком выбранном варианте заготовку изделия подвергают предварительному нагреву. Затем применяются сварка и последующее за этим медленное остывание. Это обычный способ обработки изделий, уже бывших в употреблении. Дефекты нужно срезать и создать вокруг места сваривания форму из песка во избежание вытекания расплавленного металла.

Разогрев происходит в печах или косвенной дугой, если изделие невозможно транспортировать. Преимущества находятся на стороне дуговой сварки угольными электродами. Охлаждение должно происходить медленно, не менее 3 суток. Для этого шов покрывается слоем древесного угля и обкладывается со всех сторон асбестовыми листами. Ток может быть любым - постоянным или переменным.

Технология сваривания чугуна

Методы сваривания любых видов чугуна (серые, белые или половинчатые) сложны, так как это самый капризный металл из всех. Особенности его заключаются в сильной текучести металла под действием дуги. Он образовывает трещины в технологических швах из-за высокой скорости охлаждения. Преимущественно технология сварки чугуна применяется при ремонтных работах или исправлении неподходящих отливок.

В качестве швов главную роль играет выбор электродов.

Основные способы сварки чугуна.

Меньше всего разрушат углеродистый слой металла медно-никелевые. Однако и здесь есть свои условия: шов должен быть мелким, а глубина - маленькой. Подводный камень в выборе таких электродов все же есть: сплавы меди и никеля обладают большой усадкой, что может привести к образованию горячих трещин.

Распространена технология сваривания чугуна с помощью стальных шпилек, которые предварительно вворачивают в тяжелые и громоздкие изделия. Их обваривают вместе с чугуном, низкими токами, для того чтобы уменьшить проявления белого чугуна: он еще более хрупок, при остывании.

Технология сварки алюминия

Выбор ее ограничен из-за свойств самого металла. Имеющий низкую температуру плавки, он обладает высокой текучестью при работе. Прочность такого металла тоже мала, поэтому предотвращающие меры должны быть приняты еще на этапе подготовки. Капризные особенности можно предотвратить с помощью закрытой дуги, высоких концентрированных температур и применения керамического флюса. Они способствуют улучшению качества шва при любом виде сваривания.

Схема аргоно-дуговой сварки алюминия.

При работе с плавкой алюминия следует учитывать и состав окружающей атмосферы: если влажность повышена, то швы будут пористыми, а соответственно, некачественными. К тому же, если не соблюсти определенную «сухость» в работе, металлу грозит коррозия.

Технология сварки металлов с алюминием вредна для рабочих, находящихся в зоне превышения концентрации газов и некоторой степени радиации. Поэтому недопустима работа одного человека: всегда должен быть наблюдающий со стороны, готовый прибегнуть к оказанию срочной помощи, если напарнику от паров станет плохо.

Если приходится работать в условиях низких атмосферных температур, то организаторы сварочных работ должны позаботиться о сооружениях, прикрывающих места производства технологических процессов. Оболочки или тепляки должны создать внутри необходимую температуру, соответствующую проводимой технологии. Иначе качество сварки сойдет на нет. При сильном переохлаждении металла швы будут усеяны многочисленными трещинами, что, естественно, не способствует правильности. Должно быть и обеспечение подогревом в связи использования технологий по горячей сварке.

Ремонтные технологии: нюансы

Классификация сварки металлов.

Способы такой сварки различны: дуговая ручная, автоматическая, шлаковая, механизированная, кислородная. Обширность применения такого рода технологий востребована, прежде всего, в машиностроении, строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве. Выбор определенной технологии зависит от повреждения и его доступности. Предварительно металл подготавливают и определяют его характеристику. Затем убирают повреждения: с трещин снимается кромка, дыры вырезаются и зачищаются.

Технология сварки трещин идет в два этапа: сначала с лицевой стороны, затем с обратной. Заплаты делаются внахлест, угловыми сварками. Кроме того, нельзя забыть о придании выпуклой формы ввариваемого металла. Это нужно, для того что усадка произошла без повреждений. Швы доводятся до гладкого состояния путем их шлифовки.

Детали непростой формы должны вариться вручную. Должно быть визуальное наблюдение за процессом. В этом случае металл будет более качественно использован: окажется меньше шлака. Но все зависит от мастерства сварщика. Повреждения толстостенных металлов завариваются нескольким технологиями: многослойными швами, двумя дугами, «горкой». Такие способы хороши для вертикальных положений.

Технологии сварки бронзы и латуни

Схема автоматической сварки бронзы под флюсом.

Бронза - металл капризный. В сочетании с алюминиевыми наплавками сварке не поддается. Чистую, без примесей, возможно заварить по технологии, применимой к меди - вольфрамовым электродом, с присадками из фосфористых элементов. Сварка должна идти в краткий срок без допущения сильного нагревания основной поверхности. Должны применяться стремительное охлаждение и затвердевание. Подойдут и угольные электроды, но на высоте металлический с литым бронзовым стержнем. Нельзя допустить и сильного потека металлов, поэтому процесс ведется только в нижнем положении. Швы, полученные в результате сварки, непрочны и составляют лишь 75% от всей прочности изделия. Это говорит о том, что технология сваривания бронзы применима в ремонтных или второстепенных областях.

Латунь - это медь и цинк, которые при нагревании взаимодействуют. Технология не самая легкая, так как из-за испарения цинка образуется новый элемент - окись цинка, он, в свою очередь, сильно ядовит. Поэтому при соблюдении технологии сварки металлов предполагается работа с вытяжными устройствами или в респираторе. Сам процесс сварки латуни с присадками, уменьшающими испарение цинка, идет хорошо, удовлетворяет требования и качество шва, отделяемый шлак удаляется быстро. Латунь подвержена многим видам сварки, но из-за ее текучести работа может выполняться лишь в нижнем положении.

Технология сваривания мартенситно-стареющих металлов

Микроструктура типичных мартенситно-стареющих сталей.

Благодаря надежности разработанных технологий упрочнения сталей такие виды металлов могут свариваться любым видом сварки и с применением различных электродов. Сравнительно недавно к такой стали с успехом применяется лазерная сварка, которая показывает лучшие результаты стойкости к растрескиванию или коррозии.

Также широкое применение получила точечная контактная сварка при работе со стареющими металлами. Она хороша в промышленных масштабах, а для штучных изделий подойдут технологии сварного взрыва или трения. Но это требует определенных условий в техническом оборудовании.

Для того чтобы сварка такими сталями была успешной, требуется точное соблюдение технологий, присущих именно ей: все материалы и сопутствующие элементы должны быть идеально чистыми, их обезжиривают и промывают. Если требуется подгонка стыков, то делать это нужно качественно, иначе возможно возникновение горячих трещин. Их ликвидация довольно проблематична. Технология предусматривает переход в процессе сварки металлов от одной формы к другой: это способствует устранению дефектов в виде трещин.

Технологии, предусматривающие сварку тугоплавких металлов, включают в себя цирконий, ниобий, ванадий, тантал. А также хром, молибден, вольфрам.

В качестве очищающего средства металлов перед сваркой используют абразивный камень.

Перед тем как приступить к сварочному процессу, необходимо подготовить поверхности, стыки и торцы изделий. Может применяться абразивный камень в качестве очищающего средства, но только в том случае, если конфигурация детали несложная и не имеет изгибов, выпуклостей или вогнутостей. В противном же случае используются особые электрические ножницы. Но так как от этого поверхность может пойти трещинами, то рекомендовано обрабатывание торцов и кромок на фрезерных станках. В качестве очистки поверхности применяются травление и вакуумный отжиг.

В вопросе выбора электродов применима проволока такого же состава, что и основной металл. Режимы сварки могут разниться, от этого идут разное формирование шва, его структура и механическая прочность самого изделия. К примеру, увеличение тока приведет к увеличению пластичности металлов, однако плохо скажется на формовке шва.

Прогрессивные технологии, такие, как плазменная сварка, вакуумная или лазерная, помогут справиться со всеми видами стали, но потребуют большого профессионализма в работе. Они используются в промышленных масштабах: ракетостроение, применение точных приборов измерения.

Технология сваривания разнородных металлов

Таблица для сварки разнородных металлов.

Промышленность преуспевает в создании альтернативных изделий с применением сварки металлов. Что это значит? На смену тяжелым и дорогим изделиям приходят другие, выработанные с применением технологии совместимости разных структур. Таким образом, они становятся экономичнее, легче, улучшаются конструкционные качества.

Некоторые технологии сварки ведутся с применением какого-либо промежуточного металла, в том случае, если свойства одного и другого вместе не сойдутся никак. Тогда «прослойка» будет прекрасным барьером в предотвращении хрупкости и возникновении коррозии. Естественно, такой металл должен быть совместим и с одним, и с другим материалом.

Прекрасными способами в некоторых случаях станут пайка металлов, технология давления и плавления. Они не могут подходить ко всем без исключения материалам, однако призваны своим взаимодействием схватить поверхности конструкций. В этом случае технология окажется ничуть не хуже прямого сваривания однородных металлов.

Технология сваривания свинца

Технология сварки свинца.

Свинец получил большое применение в атомной и химической промышленности благодаря собственным свойствам. Им отделывают внутренние поверхности сосудов и колб для химических реагентов, так как его малое взаимодействие с активными веществами позволяет транспортировать их без опасения утечки.

Подготовка к свариванию свинца ведется тщательным образом: края металла зачищают до блеска, и ширина чистой поверхности должна составить не менее 3 см от кромки. В качестве дополнительной очистки применяют протравление раствором уксусной кислоты или промывание хлористым углеродом, чтобы исключить малейшую возможность проникновения грязи под сварочный шов. Чистка происходит либо непосредственно перед сваркой, так как металл притянет к себе налет очень быстро, либо два раза.

Свинцовая сварка может проходить и в вертикальных положениях из-за легкости плавления, и в горизонтальных из-за жидкотекучести металла. Также сварка идет с применением присадочной проволоки, которая закладывается прямо встык.

Схема вариантов сварки свинца.

Типы применяемой к свинцу сварки различны: газовая, дуговая, импульсная и холодная. Зависят они от толщины сварных металлов. Лучшие швы получаются при применении флюсов, в два-три шовных прохода. Первый будет идти без присадочной проволоки, за счет того что края изделия сами плавятся. Второй - с присадкой и увеличением сварочной ванны. Третий нужен, если толщина свинца превышает 20 мм, значит, считается трудоемкой.

Сварка свинца осуществляется без подогрева и перерыва. Если вдруг случайно произошел обрыв электрической дуги, то нужно по-новому зачистить место присоединения и лишь потом начинать сварку. Для того чтобы сделать шов гладким, его допустимо проковать.

http://moyasvarka.ru/youtu.be/NnaJTrs2qQA

Перечень вышеуказанных технологий далеко не полный и не раскрытый в плане конкретных цифр и указаний марок сталей и электродов. Производственные таблицы с определенными величинами даны в обучающей литературе. Технология металлов и сварка - понятия, неотделимые друг от друга, и поэтому без изучения свойств одного невозможен процесс другого. Чтобы стать профессионалом в области сварочного дела, требуется получить знания и по металловедению, чтобы знать реакцию популярных и редких для сваривания металлов на ту или иную технологию.

moyasvarka.ru

Правила и технологии сварки металлов

• 24-10-2014

• Электродуговая сварка металлов и электроконтактная
  • Работа электрической дуги
  • Защита расплавленного металла и сплавление электрическим контактом
• Технология электродуговой сварки металлов
  • Электроды для сваривания: виды и выбор
  • Характеристики дуговой сварки: определение и значение
• Как выполняется дуговая сварка: технология
  • Начало сварки: последовательность розжига дуги
  • Перемещение электрода и сварная ванна
• Технология контактной, шовной и газовой сварки металлов
• Оборудование: выбор сварочного аппарата и средств защиты

Сварка - метод соединения деталей из однородного материала: пластика с пластиком, металла с металлом. При сваривании контактирующие поверхности расплавляются или плотно сжимаются. В зоне контакта происходит сплавление двух материалов в один. В результате образуется прочное плотное соединение двух поверхностей.

Сварка - это соединение деталей, сделанных из одинакового материала, для получение единой конструкции.

Сварка металлов расплавлением используется для качественного герметичного соединения ответственных деталей: элементы трубопровода, корпус автомобиля (автобуса, самолета), стенки металлического гаража и ворота, опоры спортивного турника, соединение арматуры внутри бетонной стены и многое другое. Какие виды сварки используют современные сварочные технологии? Как правильно выполняется сваривание металла?

Виды сваривания металлических поверхностей

Сварка металлов может осуществляться с расплавлением контактных поверхностей или с их сжатием. При этом процессы сваривания называются:

• сваривание плавлением (или расплавлением);
• сваривание пластическим деформированием.

Классификация основных видов сварки.

Соединение деформированием может выполняться с применением подогрева или без него. Деформирование поверхностей без подогрева называется холодной сваркой. При плотном сжатии атомы различных материалов оказываются на близком расстоянии и образуют межатомные связи. Происходит соединение поверхностей.

При сваривании плавлением соединяемые поверхности локально нагреваются и расплавляются. Часто используется третий (присадочный) материал, который плавится и заполняет зазор между двумя металлами. При этом в жидком расплаве образуются межатомные связи между основным материалом и присадкой (расплавленным электродом). После остывания и затвердевания образуется сплошное сварное соединение.

Местный нагрев деталей для сваривания может осуществляться электрическим током или горящим газом. Соответственно, по способу локального нагрева сварка делится на два вида:

• электрическая (в том числе электрошлаковая, электролучевая, лазерная);
• газовая.

Наименования определяются используемым источником тепла. Электричество может работать как напрямую, так и косвенно. При прямом использовании электроэнергия нагревает металл и присадочный электрод благодаря прохождению по ним тока или возникновению дуги. В косвенном использовании работает различная энергия, полученная от воздействия электричества: энергия расплавленного шлака, через который проходит ток, энергия электронов в электрическом поле, луч лазера, возникающий при подаче электричества.

Классификация видов электрической сварки.

Сварка металлических поверхностей может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Некоторые виды сварных соединений возможны только с применением автоматики (например, электрошлаковая или шовная), другие доступны для выполнения ручными сварочными устройствами.

Электрическая сварка представлена двумя методами:

• электродуговой;
• электроконтактный.

Разберем подробнее, как происходит соединение поверхностей при дуговом и контактном способе сваривания.

Вернуться к оглавлению

Вернуться к оглавлению

Данный вид сваривания использует для нагрева теплоту электрической дуги. Дуга, образующаяся между металлическими поверхностями, представляет собой плазму. Взаимодействие металлических поверхностей с плазмой вызывает их нагрев и расплавление.

Принцип работы электродуговой сварки.

Электродуговая сварка может выполняться с использованием плавящегося электрода или неплавящегося его вида (графитового, угольного, вольфрамового). Плавящийся электрод одновременно является возбудителем электродуги и поставщиком присадочного металла. При неплавящемся электроде для возбуждения дуги используется стержень, который не расплавляется. Присадочный материал вводят в зону сваривания отдельно. При горении дуги происходит плавление присадки и кромки деталей, образовавшаяся жидкая ванночка после затвердевания образует шов.

В некоторых технологических процессах соединение поверхностей происходит без подачи присадочного материала, только перемешиванием двух основных металлов. Так производят сваривание вольфрамовым электродом.

Если электрическая дуга горит не свободно, а сжимается плазмотроном, при этом через нее продувается плазма ионизированного газа, то такой вид сваривания называется плазменным. Температура и мощность плазменной сварки выше, поскольку при сжатии дуги достигается более высокая температура ее горения, что позволяет выполнять сварку тугоплавких металлов (ниобий, молибден, тантал). Плазмообразующий газ является также защитной средой для соединяемых металлов.

Вернуться к оглавлению

Схема электроконтактной сварки.

Если при горении дуги металлические поверхности защищают от окисления газом или вакуумом, то такое соединение называют сваркой в защитной среде. Защита необходима для сварки химически активных металлов (цирконий, алюминий), ответственных деталей из легированных сплавов. Возможна защита сварки другими веществами: флюсом, шлаком, порошковой проволокой. Соответственно, используемые методы сварки получили наименования: сваривание под флюсом, электрошлаковая сварка, вакуумная. Все это - разновидности электродугового метода, использующие различную защитную среду для предупреждения окисления расплава, изменения его химического состава и потери свойств сварного соединения.

Электроконтактная сварка использует тепло, выделяемое в месте соприкосновения двух свариваемых поверхностей. Так выполняется точечное сваривание: детали с усилием прижимают друг к другу до соприкосновения в нескольких точках. Точки соприкосновения будут являться местами максимального сопротивления и наибольшего разогрева поверхности. За счет этого нагрева и происходит оплавление и соединение металлических элементов в точках соприкосновения.

Вернуться к оглавлению

Принцип подключения и работы электродуговой сварки.

Технология сварки металла с использованием электрической дуги состоит в последовательности действий по организации работы сварочного аппарата и непосредственном выполнении сварки.

Подготовка состоит в установке сварочного инвертора, выборе электродов и выполнении необходимого скоса кромки (подготовке поверхностей).

После установки сварочного аппарата в месте сварки контактный провод с помощью «крокодила» (конструкция присоединяющей клеммы) крепят на одной из контактных металлических поверхностей. Включают сварочный аппарат и выставляют регулятором тока его силу. Сила тока регламентируется размером электрода и толщиной свариваемых деталей. Для электрода диаметром 3 мм сила тока должна соответствовать 80-100 А.

Если поверхность металла окрашена или окислена с образованием слоя ржавчины, его необходимо поцарапать металлической щеткой для обеспечения полноценного контакта в соединении.

Определяется вид соединения контактных поверхностей:

• стыковое;
• внахлест;
• угловое;
• тавровое;
• торцевое.

Типы сварных соединений и швов.

Рассмотрим подробнее особенности сваривания различных типов соединений. Стыковое соединение часто требует предварительной подготовки кромок свариваемых поверхностей: по их краям выполняются скосы. V-образные скосы делают по краям листов толщиной от 5 до 15 мм, Х-образные скосы - на листах толщиной больше 15 мм. Снятие V-образной кромки при стыке поверхностей позволяет получить углубление, по которому выполняется сварка. Х-образные кромки предполагают наличие углубления и выполнение сварных швов с двух сторон соединения.

Угловые и тавровые соединения тоже могут выполняться со скосом кромок (с разделкой поверхности) или без скосов и разделки (в зависимости от толщины сварного сечения).

Тавровое и угловое соединения позволяют соединять детали различной толщины. При этом положение электрода должно быть более вертикальным к той поверхности, у которой больше толщина.

Вернуться к оглавлению

Электрод для сварки представляет собой металлический стержень, покрытый обмазкой. Состав обмазочного покрытия предназначен для защиты металла сварного шва от выгорания при окислении. Флюс вытесняет из расплавленного металла кислород, чем препятствует окислению, и выделяет защитный газ, чем также предупреждает окисление. В состав обмазки входят следующие компоненты:

Схема электрода для сварки: 1 - стержень; 2 - участок перехода; 3 - покрытие; 4 - контактный торец без покрытия; L - длина электрода; D - диаметр покрытия; d - номинальный диаметр стержня; l - длина зачищенного от покрытия конца

• стабилизаторы зажигания и горения (калий, натрий, кальций);
• шлакообразующая защита (шпат, кремнезем);
• газообразующие (древесная мука и крахмал);
• рафинирующие соединения (для вывода и связывания серы и фосфора, вредных для сваривания металла примесей);
• легирующие элементы (если шву необходимы особые свойства);
• связующие (жидкое стекло).

Выпускаемые промышленностью электроды имеют диаметр от 2,5 до 12 мм, для ручной сварки наибольшее применение получили 3-миллиметровые электроды.

Выбор диаметра электрода определяется толщиной свариваемых поверхностей, требуемой глубиной проплавления. Существуют таблицы, приводящие рекомендованные значения диаметров электродов в зависимости от толщины проплавляемых поверхностей. Надо знать, что небольшое уменьшение диаметра электрода возможно, при этом увеличивается время выполнения процесса. Электрод меньшего диаметра дает возможность лучше контролировать процесс, что важно для начинающего сварщика. Более тонкий электрод можно передвигать медленнее, что важно в процессе обучения.

Вернуться к оглавлению

Перед началом сварки определяются оптимальные характеристики процесса сваривания:

Таблица выбора силы тока для сварки.

1. Сила тока (регулируется на сварочном аппарате). Сила тока определяется диаметром электрода и материалом его покрытия, расположением шва (вертикально или горизонтально), толщиной материала. Чем толще материал, тем большая сила тока потребуется для его прогрева проплавления. Недостаточная сила тока не расплавляет сечение шва полностью, в результате присутствуют непровары. Слишком большой ток приведет к излишне быстрому расплавлению электрода, когда основной металл еще будет не расплавлен. Рекомендуемое значение тока указывается на упаковке электродов.
2. Свойства тока (полярность и род). В большинстве сварочных приборов используется прямой ток, он преобразуется из тока встроенным в аппарат выпрямителем. При постоянном токе поток электронов двигается в одном (заданном полярностью) направлении. Полярность при сварке определяет направление движения потока электронов. Существующие полярности выражаются в подключении электрода и детали:

• прямая - деталь к «+», а электрод к «-»;
• обратная - деталь к «-», электрод к «+».Благодаря движению электронов от «минуса» к «плюсу» на положительном полюсе «+» выделяется больше тепла, чем на отрицательном «-». Поэтому положительный полюс располагают на элементе, требующим более значительного прогрева: чугун, сталь толщиной 5 мм и более. Таким образом, прямая полярность обеспечивает глубокое проплавление. При соединении тонкостенных деталей и листов применяется обратная полярность.

1. Напряжение дуги (или длина сварочной дуги) - это расстояние, выдерживаемое между концом электрода и поверхностью металла. Для электрода диаметром 3 мм рекомендуемая длина дуги составляет 3,5 мм.

Вернуться к оглавлению

Вернуться к оглавлению

Способы розжига сварочной дуги.

Для возникновения дуги новый электрод вставляют в зажим и обстукивают о твердую поверхность для удаления обмазки на его рабочем конце. Под шлаком находится металлическая присадка, сам шлак служит изоляцией и закрывает присадку от розжига. После этого электродный стержень приближают к металлической поверхности на минимально возможное расстояние, 3-5 мм, не допуская прикосновения. При этом электрод держат под углом к поверхности свариваемого металла. Технология сварки металлов электродом регламентирует угол наклона электрода в размере 60-70ºC. Визуально такой угол воспринимается как почти вертикальный, с небольшим уклоном.

Для розжига дуги электродом чиркают о поверхность металла наподобие зажигания спички о коробок с серой.

Если электрод слишком приблизить к свариваемой поверхности металла, возникнет прилипание и короткое замыкание. У тех, кто начинает варить, электрод прилипает часто. По мере приобретения навыка правильного расположения электрода над металлом, поддержки оптимального расстояния прилипания происходить не должно. Прилипший электрод можно оторвать, наклонив его в другую сторону или выключив сварочный аппарат.

Если электрод прилипает слишком часто, возможно, что сила тока недостаточно велика, ее необходимо увеличить.

При оптимальной правильной удаленности электрода от места сварки (около 3 мм), происходит образование дуги с температурой порядка 5000-6000ºC. После возгорания дуги электрод можно слегка приподнять от рабочей поверхности, на несколько миллиметров.

Вернуться к оглавлению

Схема сварочной ванны.

При плавлении электрода и основного материала образуется сварная ванна (лужица расплавленного металла).

Электрод и дуга вместе со сварной ванной (зоной расплавленного металла) плавно перемещаются вдоль линии соединения. Скорость перемещения электрода определяется скоростью расплавления металла и изменения его цвета. Быстрое передвижение электрода осуществляется при работе с тонкими листами, быстро нагревающимися и легко образующими сварную ванну. Замедленное перемещение электрода применяется на толстых массивных соединениях.

Форма перемещения электрода (прямо, зигзагом, петлями) определяется шириной сварного шва и глубиной проплавления. Электрод может перемещаться прямолинейно (ровно) при небольшой сварочной ширине. Он может двигаться петлями, зигзагом, если необходимо проварить достаточную ширину и глубину соединения. Варианты движения электрода приведены на Рисунке 1.

Рисунок 1. Способы движения электрода.

Выпуклость шва после застывания сварной ванны определяется положением электрода во время сварки. Если электрод расположен почти вертикально, шов будет ровным, а проплавление - глубоким. Более наклонное расположение электрода формирует выпуклую поверхность сварного соединения и уменьшение глубины проплавления. Слишком большой наклон электрода располагает дугу в направлении шва, делая процесс сваривания плохоуправляемым.

Для качественного соединения расплавленная ванна должна иметь тонкие края, быть достаточно жидкой и послушно перемещаться за электродом.

Ванна в светофильтре (сквозь темное стекло) выглядит как оранжевая поверхность с рябью. Появление оранжевого цвета ванны (капли жидкого расплава) может расцениваться в качестве индикатора для дальнейшего перемещения электрода. То есть если появился оранжевый цвет, то сдвигаем электрод дальше на несколько миллиметров.

Схема устройства и основных показателей сварочной ванны.

В месте окончания проплавления необходимо увеличить размер сварной ванны. Для этого электрод должен удерживаться над данной точкой на несколько секунд дольше.

Если происходит сквозное проплавление материала, необходимо уменьшить величину тока и взять другой электрод (меньшего диаметра). Прожженным дырам дают остыть, сколачивают с них шлак и после этого заваривают.

После сварки необходимо постучать молотком по сварному шву. Это позволит удалить с него окалину и визуально проверить сварное соединение на отсутствие несплошностей или непроваров.

Вернуться к оглавлению

Технология сварки металла по контактам имеет некоторые особенности. Ток подключают к свариваемым деталям, после чего их сближают до соприкосновения. Вдоль поверхности стыка возникают контактные точки, в них за несколько секунд происходит разогрев металла до начала его плавления. После этого ток выключают и стыковые поверхности придавливают друг к другу, обеспечивая плотный контакт точкам расплавления.

Технология шовной сварки.

При шовной сварке работает сварочный автомат. Данный вид сваривания позволяет получить ровный сплошной шов на длинных листовых поверхностях. В аппарате для шовной сварки электроды представляют собой вращающиеся ролики. Между ними пропускаются соединяемые металлические листы.

Газовая сварка использует для образования тепла окисление горючего газа с высокой теплотворной способностью, например, ацетилена, пропана или бутана. Газ и кислород перемешивается внутри горелки, из которой выходит пламя.

Электрошлаковая сварка является видом сваривания в защитной среде. В данной технологической операции шлак является защитным материалом, ограждающим расплавленный металл от контакта с воздухом. Этот вид сварки осуществляется в автоматическом режиме.

Вернуться к оглавлению

Для защиты глаз от ожога при сварке необходимо использовать маску со светофильтром.

Для выполнения сваривания необходим электрический ток большой величины, поступающий на электрод. Современный прибор, обеспечивающий постоянное поступление тока к месту сварки, называется инвертором. Более старые модели сварочных аппаратов имели громоздкие размеры и значительный вес, новые инверторы легко переносятся, не вызывают просаживания сети (это состояние выражается в потере напряжения и мигании лампочек во всем многоквартирном доме или по всей улице частного сектора). Во многих современных инверторах установлена защита от короткого замыкания. При залипании электрода инверторный аппарат автоматически выключается.

Защитный инвентарь: маска со светофильтром (темным стеклом). Светофильтр оберегает глаза от ожога. Без него можно получить ожоги роговицы различной степени: от легких, когда в глазах сохраняется ощущение присутствия песка, до тяжелых, когда восстановить зрение невозможно.

Качество защиты светофильтра определяется номером. Чем толще электрод и больше сварочный ток, тем более мощный светофильтр необходим для защиты зрения.

Освоение тонкостей работы со сварочным аппаратом, выдерживание правильного расстояния дуги, наклона электрода формирует мастерство сварщика. Профессионализм определяется умением управлять процессом, получать качественное соединение поверхностей.

http://moiinstrumenty.ru/youtu.be/KxvvWzqY26A

Современные сварочные инверторы дают возможность овладеть искусством сварщика самостоятельно и выполнять сварочные работы собственноручно.

moiinstrumenty.ru

Куда движется сварка: новые технологии и перспективы развития

Еще в 1802 году русский ученый Василий Владимирович Петров совершил открытие. Он обнаружил: при пропускании электрического тока через два угольных стержня между их концами возникает высокотемпературная электрическая дуга. Именно академик Петров не только изучил и составил описание данного явления, но также указал на возможность использования тепла подобной дуги для расплавления металлов.

Некоторое время это открытие оставалось лишь частью фундаментальной науки. Однако уже к концу девятнадцатого столетия сварка как метод стала неотъемлемым элементом многих технологических процессов. В России дуговую электросварку впервые применили на Куваевской мануфактуре и заводе Пономарева в Иваново-Вознесенске. В 1888 году этот способ был использован в мастерских Орловско-Витебской железной дороги для ремонта паровозных и вагонных колес, рам, решеток и так далее. В течение пяти лет данный способ распространился по всей России.

С тех пор сварочные технологии, конечно же, шагнули далеко вперед и проникли практически во все сферы индустрии. По оценкам экспертов: «Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Во многих случаях сварка является единственно возможным или наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии к оптимальной форме готовой детали или конструкции».

Кстати, в настоящее время сварка используется для соединения отнюдь не только стальных конструкций. «Сегодня сварка применяется для неразъемного соединения широчайшей гаммы металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов в условиях земной атмосферы, Мирового океана и космоса. Несмотря на непрерывно увеличивающееся применение в сварных конструкциях и изделиях легких сплавов, полимерных материалов и композитов, основным конструкционным материалом остается сталь. Именно поэтому мировой рынок сварочной техники и услуг возрастает пропорционально росту мирового потребления стали. К началу ХХI в. он оценивается примерно в 40 млрд долларов, из которых около 70% приходится на сварочные материалы и около 30% – на сварочное оборудование» (там же).

Принципиальный вопрос для отрасли технических газов: каким образом будет меняться рынок сварки и сварочного оборудования? Какие тенденции возьмут верх?

Специалисты полагают (хотя следует учитывать, что это лишь прогноз): в обозримой перспективе основными способами соединения останутся контактная и дуговая сварка. Одновременно ожидается заметный рост применения лазерных технологий. Хотя они по-прежнему будут оставаться «в меньшинстве», но их доля возрастет до 6%, а возможно и до 8%.

А вот прогноз для газовых резки и сварки, скорее, негативный. По оценкам экспертов, доля соответствующего оборудования будет снижаться. Однако не катастрофически: она останется значительной. Так что создание нового оборудования для сварки и резки останется одной из главных задач конструкторов отрасли.

Если говорить о сварочных технологиях, стоит упомянуть еще об одном направлении: о создании инструментов и методов, позволяющих контролировать качество сварки без ее разрушения, причем как в заводских условиях, так и «в поле». В частности, речь идет о портативной аппаратуре ультразвукового контроля.

Значимое направление перспективного развития сварочных технологий напрямую пересекается с наукой о материалах. Необходимо создавать сложные композиционные материалы, а также высокопрочные стали. Все более широкое применение находят сейчас сплавы, содержащие в себе такие металлы, как литий, скандий, циркон. Ведутся работы по созданию хорошо свариваемых титановых сплавов. Наконец, продолжаются активные исследования по созданию специальных материалов на основе полимеров. Это, по оценкам ученых, должно повысить характеристики жесткости и прочности.

Если же говорить о более «приземленных» вещах, то одной из наиболее значимых тенденций в сварочном деле является происходящий буквально на глазах переход на компьютерное моделирование соответствующих процессов. Там, где прежде требовался целый аппаратный комплекс, сегодня достаточно одного устройства, оснащенного нужной «периферией».

Автоматизация позволяет использовать принципиально новые методы электрической сварки. Они строятся на быстром изменении тока, сочетании его высоких и низких импульсов и т.д. Все это позволяет сваривать сложные материалы, уменьшать время необходимой работы, повышать качество работы. Кроме того, снижаются требования к квалификации сварщика: нормальный рядовой профессионал с такой аппаратурой способен делать то, для чего прежде требовался поистине уникальный специалист.

Учитывая сферу интересов нашего журнала, имеет смысл отдельно остановиться и на новинках, напрямую связанных с газовой сваркой и резкой. Даже краткий обзор показывает: здесь за последнее время появилось немало интересного.

Так, одним из интересных направлений работы является создание портативных аппаратов: легких и компактных. Сегодня производители уже предлагают полностью готовые к использованию комплекты (включая систему автоматической подачи проволоки) весом менее 10 килограммов, их достаточно лишь подсоединить к газовому баллону.

К тому же такой аппарат оснащается цифровой системой управления. При помощи дисплея и кнопок настройки не только профессионал, но даже «любитель» (т.е. человек, занимающийся соответствующими работами лишь время от времени) выставляет исходные показатели: например, вид газа и диаметр проволоки. Далее аппарат настраивается сам. Это делает его исключительно простым в управлении, а значит удобным для широчайшего круга потребителей.

Еще одно направление – совершенствование газовых горелок. Казалось бы, что может быть более примитивным? Однако горелки современных конструкций способны, например, в течение длительной работы при высочайших температурах давать ровное пламя: без факелов и хлопков. Это исключительно важно при высококачественной сварке. Применение подобных горелок позволяет не прерывать работу, а значит, ощутимо повышает производительность труда сварщика.

Совершенствуются, кстати, и газовые горелки, используемые на больших производствах для обработки крупногабаритных деталей. Такие многосопловые агрегаты применяются, например, чтобы гнуть и сваривать трубы большого диаметра. При этом линейные горелки могут создавать ширину пламени вплоть до нескольких метров.

Наконец, направлением, о котором стоит упомянуть, является появление переносных аппаратов для резки металла, подразумевающих применение не газообразного, а жидкого топлива. Аппарат имеет небольшой бак (на 1,5 литра горючего), а также подсоединяется к обычной электрической сети.

В стволе подобного аппарата находится нагревательный элемент. Благодаря этому к соплу горелки подходит уже не жидкость, а газ. Затем он ионизируется и используется для резки металла в виде плазменного факела.

Данный подход имеет несколько немаловажных достоинств. Во-первых, жидкость, превращающаяся в газ, сама создает нужное высокое давление. Следовательно нет необходимости формировать его специальными средствами. А во-вторых, жидкое горючее способно создавать гораздо больше тепла. А значит, подобный аппарат имеет гораздо более высокую автономность.

Таким образом, даже беглый обзор показывает: рынок сварки продолжает развиваться. И места на нем хватит самым разным технологиям. Но все же за него придется бороться.

www.gas-technology.ru

Современные сварочные технологии -фантастика или реальная выгода!?

Главным фактором, обеспечивающим конкурентоспособность продукции с точки зрения ее стоимости и качества, является уровень технологий производства. А технологическое развитие всегда связано с приобретением современного оборудования и автоматизацией производственных процессов.

Современные технологии автоматизации сварочного производства позволяют применять автоматические процессы сварки в единичном и мелкосерийном производстве. Способов и оборудования для автоматизации сварки деталей трубопровода существует великое множество. Корпусные элементы в основной своей массе свариваются в среде защитных газов плавящимся электродом. Автоматические установки могут быть укомплектованы современными сварочными роботами, что позволяет сваривать изделия сложной формы и большим количеством сварных стыков в конструкции. Особое внимание необходимо уделить современным технологиям автоматизации сварки крупногабаритных, толстостенных корпусных изделий шаровых кранов, шиберных задвижек, а также трубопроводных элементов. Одной из используемых чаще является технология сварки под слоем флюса.

Решение вопросов Качественного соединения

Первый наземный трубопровод с применением механизированной полуавтоматической сварки в среде СО2 был проложен в США в 1961 году. К этому времени были разработаны пять механизированных систем для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом.

В 70–80х годах сварочные системы MIG/MAG (плавящимся электродом в среде защитных газов) сварки получили дальнейшее развитие, становясь более распространенными и надежными. Скорость прокладки трубопровода зависит от скорости сварки корневого прохода стыка. Поэтому установка сварочных головок на центрирующих устройствах, располагаемых внутри трубы, была следующим шагом вперед. С самого начала возможность установки двух сварочных горелок на одной сварочной головке была продемонстрирована в Советском Союзе еще в 1961 году. Эта система успешно использовалась, например, компанией Serimer-Dasa с девяностых годов. Позднее было обнаружено, что обе проволоки могут быть расположены ближе друг к другу, используя единую газовую защиту и оставаясь электрически изолированными друг от друга. Дальнейшие разработки позволили заменить две горелки системы, на двойные (тандемные) горелки. Такой процесс получил название «Dual-Tandem process». Это позволило еще больше увеличить производительность сварки. Однако высокое суммарное тепловложение может повлиять на механические качества сварного шва, особенно для труб, выполненных из высокопрочной стали (например, Х80 и выше). Производители в настоящее время работают над оптимальным легированием сварочных проволок, используемых для сварки труб из таких сталей. Создание промышленного способа автоматической сварки под флюсом и внедрение его в производство в нашей стране неразрывно связано с именем академика Е. О. Патона. В результате многолетней упорной работы коллектива Института электросварки им. Е. О. Патона создана технология сварки под флюсом, разработаны составы и методы изготовления флюсов, созданы оригинальные конструкции автоматов.

В середине XX века стало известно, что применение флюса помогает решить ряд задач получения качественного сварного соединения. Он должен был не только изолировать жидкий металл ванны от воздуха, но и обеспечить введение в строго определенном количестве дополнительных легирующих элементов в металлшва, связать и перевести в шлак вредные примеси (серу и фосфор). Флюс, а после расплавления шлак, должен быстро и активно взаимодействовать с жидким металлом ванны и каплями электродного металла и также быстро покидать металлическую ванну, как только необходимые металлургические реакции будут завершены. Шлак после охлаждения должен легко отделяться от шва. В настоящее время многие специализированные предприятия изготавливают детали трубопровода методом центробежного электрошлакового литья. Этот метод литья и технические процессы на его основе, разработанные в Институте Электросварки им. Е.О. Патона, обеспечивают высокое качество литого металла за счет его рафинирования в процессе электрошлаковой плавки и применение специальных технологических приемов для получения направленной кристаллизации при отливке. Все свойства, при этом, не уступают кованным и превосходят их по показателям пластичности и ударной вязкости, при одинаковой прочности. Сварку под флюсом широко используют при изготовлении сварно-литых, сварно-кованых и сварно-штампованных конструкций, а также при соединении деталей трубопровода. Изделия, создаваемые с применением этого способа сварки, работают во всем диапазоне естественных климатических темпера тур, при сверхвысоких температурах и в условиях глубокого холода, в агрессивных средах и при давлениях значительно отличающихся от атмосферного.

Повышение производительности за счет автоматизации

Рис. 2. Автоматическая сварка плавящимся электродом Сварка под флюсом (Рис. 3) (в ГОСТ 9087-81 приведены различные марки сварочных флюсов и требования к ним) является самым распространенным способом механизированной дуговой сварки плавящимся электродом. При сварке под флюсом применяется электродная проволока 1 большой длины, свернутая на кассету или в бухту. Ее подача в зону дуги по мере плавления, а также перемещение вдоль свариваемых кромок механизированы и осуществляются сварочным автоматом, имеющим специальные устройства – бункер 2 для внесения в зону сварки флюса и отсоса 11 не расплавившейся его части 10 со шва для возврата в бункер. Перед началом процесса засыпают флюс вдоль свариваемых кромок деталей крепежа в виде валика толщиной 50–60 мм. Возникающая при включении автомата дуга 3 горит между концом электрода и изделием. Под действием тепла дуги плавятся электродная проволока 1, основной металл 4 и часть флюса 5. Дуга горит в закрытой полости 6 (газовом пузыре), ограниченной в верхней части оболочкой шлака, а в нижней – сварочной ванной 7. Полость заполнена парами металлов, флюса и газами. Возникающее статическое давление поддерживает флюсовый свод, который предотвращает разбрызгивание жидкого металла и нарушения в формировании шва. Расплавленный шлак обладает меньшей плотностью, чем у жидкого металла, поэтому всплывает на поверхность жидкого металла сварочной ванны и покрывает его плотным слоем. По мере поступательного движения электрода происходит затвердевание металлической и шлаковой ванн с образованием сварного шва 9, закрытого твердой шлаковой коркой 8. После сварки шлаковая корка удаляется с поверхности труб. Хороший контакт шлака и металлической поверхности, наличие изолированного от внешней среды пространства обеспечивают благоприятные условия для защиты, металлургической и тепловой обработки ванны и тем самым способствуют получению швов с высокими механическими свойствами. Весьма перспективным является применение ленты вместо электродной проволоки. Электродные ленты имеют обычно толщину до 2 мм и ширину до 40 мм. Горящая дуга перемещается поперек ленты, равномерно ее расплавляя. Изменяя формы ленты, можно существенно влиять на форму шва, изменяя его ширину и глубину проплавления в зависимости от качества и типа соединительного трубопровода. Сварку под флюсом осуществляют на постоянном и переменном токах. В данном случае роль сварщика, работающего со сварочным автоматом, сводится к настройке рабочих параметров режима, наблюдению за процессом и корректировке его с помощью пульта управления. Дуга, находящаяся под флюсом, невидима тем самым, исключая возможность визуального наблюдения за ходом процесса. В то же время это обеспечивает практическое отсутствие таких неблагоприятных факторов воздействия на сварщика, как излучение, сварочные аэрозоли и брызги

Влияние параметров режима сварки на форму шва
Увеличение значений параметров режима
Сварочного тока до 1500 А
от 22–24 до 32–34 от 34–36 до 50
Угла наклона электрода к вертикали:
Смещения электрода против вращения трубы: при наружной сварке при сварке изнутри
Смещения электрода по вращению трубы: при наружной сварке при сварке изнутри
при неизменной силе тока при неизменной подаче
1. Влияние каждого из параметров режима сварки оценивали при условии неизменности остальных параметров. 2. Условные обозначения: 0 - не меняется; + - незначительно увеличивается; - - незначительно уменьшается; + + - увеличивается; - - - уменьшается; Интенсивно увеличивается; - - - - интенсивно уменьшается.

Способ автоматической сварки под слоем флюса применяют при изготовлении в заводских условиях узлов, секций и других сборочных единиц трубопроводов из всех марок сталей. Его используют также при укрупнении сборочных единиц в монтажные блоки на строительно-монтажной площадке. Сваркой под флюсом сваривают поворотные вертикальные стыки труб и деталей трубопроводов диаметром 219 мм и более при толщине стенки не менее 7 мм. При автоматической сварке под флюсом стальных трубопроводов выполняют общие требования к сборке и сварке конструкций. Принимая во внимание специфические условия процесса сварки под флюсом, а также конструктивные особенности трубопроводов, сварку труб и трубных деталей рекомендуется проводить по предварительно наложенному варочному шву (корневому слою), т.е. применять комбинированный способ сварки. Специфические условия сварки кольцевых стыков трубных секций определяют существенные отличия технологии и техники выполнения автоматической сварки под флюсом в трассовых условиях от заводской сварки. Наиболее характерная особенность сварки на трубосварочных базах - необходимость сварки под флюсом поворотных стыков труб по разделке кромок, предназначенной для ручной дуговой сварки. При таких разделках кромок корневой слой шва необходимо выполнять ручной дуговой сваркой. Последующие слои шва сваривают под флюсом. По второму варианту разделка кромок с помощью специальных станков обрабатывается с целью увеличения притупления, что дает возможность применить двустороннюю автоматическую сварку под флюсом. Форма и размеры шва существенно зависят от основных параметров режима сварки. Качественная оценка влияния параметров режима на размеры и форму шва при сварке труб приведена в таблице 1. Хочется подвести итоги, обозначив все явные преимущества и недостатки автоматизированного вида приварки фланцев и деталей трубопровода. Преимуществами автоматической сварки перед ручной являются:

• Облегчение труда сварщика.
• Повышение производительности в 5–10 раз, а при сварке на больших токах (форсированные режимы) в 10–20 раз.
• Высокое качество и хорошее формирование швов; швы имеют большую прочность, пластичность и ударную вязкость.
• Угар и разбрызгивание металла составляет всего 1–3% от массы электродной проволоки. Сравните с 5% потерь при ручной сварке открытой дугой.
• Возможность сваривать металл значительной толщины (до 20 мм) без разделки кромок.
• Малый расход сварочной проволоки и электроэнергий и низкая общая стоимость сварки.

При этом приоритетной областью применения автоматической сварки под слоем флюса считаются:

• Изготовление металлических конструкции с большой протяженностью сварных швов прямолинейных или круговых с большой точностью подгонки деталей.
• Сварка конструкции из металла большой толщины.
• Производство ответственных конструкций, предназначенных для работы в условиях глубокого холода, высоких давлений, действий агрессивных жидкостей и газов.
• Массовое и крупносерийное производство однотипных изделий.
• Соединение деталей с толщиной от 2 до 100 мм проволокой диаметром от 1,6 до 6 мм, при сварочном токе от 150 до 2000А и напряжении на дуге от 25 до 46В.

При всем удобстве и современности, автоматическая сварка под флюсом имеет и ряд существенных недостатков, а именно:

• Нельзя вести сварку в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях в пространстве.
• Сварка неэффективна при коротких швах.
• Практически нельзя сваривать разнотолщинные и тонкие (менее 1,5 мм) заготовки.

Применение современного автоматизированного или традиционного ручного способа сварки каждый решает для себя сам, будь то частный сварщик, либо крупное предприятие. Хочется добавить лишь то, что серьезное предприятие, ориентированное на выпуск высококачественной продукции, обеспечение конкурентоспособной производительности и безопасности своих людей в настоящее время все больше использует автоматизированную сварку под слоем флюса. В ближайшем будущем сохранять свои лидирующие позиции на рынке сможет тот, у кого будет мобильное, эффективное, а главное, быстропереналаживаемое производство.

Статья в PDF http://www.s-ng.ru

Глава 1
Немного истории
1.1. Изобретение электросварки
1.2. Развитие электросварки в 20 веке

Глава 2
Основы дуговой сварки
2.1. Электрическая дуга
Физическая сущность
Вольтамперная характеристика
Ручная сварка на постоянном токе
Полуавтоматическая сварка на постоянном токе
Сварка на переменном токе
2.2. Процесс сварки
Сварка неплавящимся электродом
Сварка плавящимся электродом
Перенос металла
2.3. Основные характеристики источников питания сварочной дуги

Глава 3
Симулятор LTspice IV
3.1. Моделирование работы источника питания
Возможности моделирования
Программы моделирования электронных схем
Возможности программы LTspice IV
3.2. Работа программы LTspice IV
Запуск программы
Рисуем на ПК схему простейшего мультивибратора
Определение числовых параметров и типов компонентов схемы
Моделирование работы мультивибратора
3.3. Моделирование простейшего источника питания
Низковольтный источник постоянного тока
Тестовый узел

Глава 4
Сварочные источники переменного тока
4.1. Особенности терминологии
4.2. Основные требования к сварочному источнику
4.3. Модель электрической дуги переменного тока
4.4. Сварочный источник с балластным реостатом (активным сопротивлением)
4.5. Сварочный источник с линейным дросселем (индуктивным сопротивлением)
4.6. Сварочный трансформатор
4.7. Как рассчитать индуктивность рассеяния?
Индуктивность рассеяния трансформатора с цилиндрическими обмотками
Индуктивность рассеяния трансформатора с разнесенными обмотками
Индуктивность рассеяния трансформатора с дисковыми обмотками
4.8. Требования к сварочному трансформатору
4.9. Классический источник переменного тока
Расчет сварочного трансформатора с развитым магнитным рассеянием

Конструкция сварочного источника переменного тока
4.10. Сварочный источник Буденного
Пути уменьшения величины потребляемого тока
Конструктивно-электрическая схема сварочного источника Буденного
Общие принципы проектирования сварочного источника
Модель сварочного источника Буденного
Преодоление конструктивных ограничений сварочного источника Буденного
Определение габаритной мощности трансформатора
Выбор сердечника
Расчет обмоток
Расчет магнитного шунта
Расчет индуктивности рассеяния
Моделирование результатов расчета
Конструкция сварочного источника с альтернативной конструкцией трансформатора
4.11. Сварочный источник с резонансным конденсатором
Расчет сварочного источника с резонансным конденсатором
Расчет сварочного трансформатора
Проверка размещения обмоток в окне сварочного трансформатора
Расчет индуктивности рассеяния
Моделирование сварочного источника
4.12. Стабилизаторы дуги переменного тока
Особенности сварочной дуги переменного тока
Принцип действия стабилизатора дуги
Первая версия стабилизатора дуги
Детали
Вторая версия стабилизатора дуги
Детали

Глава 5
Сварочный источник для полуавтоматической сварки
5.1. Основы полуавтоматической сварки
5.2. Расчеты элементов схемы
Определение параметров и расчет силового трансформатора источника
Процедура настройки модели
Расчет омического сопротивления обмоток
Расчет индуктивности и сопротивления обмоток трансформатора
Расчет габаритных размеров трансформатора
Завершение расчета трансформатора
Расчет дросселя источника подпиточного тока
5.3. Описание конструкции простого источника для полуавтоматической сварки
Схема простого источника для полуавтоматической сварки
Детали для сварочного полуавтомата
Конструкция и изготовление сварочного трансформатора
Конструкция дросселя
Подключение источника

Глава 6
Сварочный источник для полуавтоматической сварки с тиристорным регулятором
6.1. Регулировка сварочного тока
6.2. Обеспечение непрерывности сварочного тока
6.3. Расчет сварочного трансформатора
6.4. Блок управления
6.5. Описание конструкции сварочного источника с тиристорным регулятором
Принципиальная электрическая схема
Детали
Конструкция сварочного трансформатора
Конструкция дросселя
Подключение источника

Глава 7
Электронный регулятор сварочного тока
7.1. Многопостовая сварка
Многопостовая сварка с подключением
через индивидуальный балластный реостат
Электронный аналог балластного реостата ЭРСТ
7.2. Расчет основных узлов ЭРСТ
7.3. Описание ЭРСТ
Основные варианты защиты
Назначение основных узлов ЭРСТ
Принцип действия
Принцип работы и настройка блока А1
Детали
Принцип работы и настройка блока А2
Принцип действия стабилизатора
Детали
Настройка
Формирование внешних характеристик ЭРСТ
Принцип работы блока управления ЭРСТ
Принцип работы блока драйвера ключевого транзистора
Завершающая настройка ЭРСТ

Глава 8
Инверторный сварочный источник
8.1. Немного истории
8.2. Общее описание источника
8.3. Рекомендации для самостоятельного изготовления ИСИ
8.4. Расчет трансформатора прямоходового преобразователя
8.5. Изготовление трансформатора
8.6. Расчет мощности потерь на транзисторах преобразователя
8.7. Расчет дросселя фильтра сварочного тока
8.8. Моделирование работы преобразователя
8.9. Расчет трансформатора тока
8.10. Расчет трансформатора гальванической развязки
8.11. ШИМ-контроллер TDA4718A
8.12. Принципиальная схема блока управления инверторного сварочного источника «RytmArc»
8.13. Формирование нагрузочной характеристики источника
8.14. Методика настройки БУ
8.15. Выносной пульт управления (модулятор)
8.16. Использование альтернативного ШИМ-контроллера
8.17. Трансформаторный драйвер
8.18. Демпфирующая цепь, не рассеивающая энергию

Глава 9
Инверторный сварочный источник COLT-1300
9.1. Общее описание
О чем эта глава
Назначение
Основные характеристики
9.2. Силовая часть
Данные моточных узлов
9.3. Блок управления
Функциональная схема
Принцип действия
Принципиальная схема
Реализация функции Anty-Stick
Реализация функции Arc Force
9.4. Настройка

Глава 10
Полезная информация
10.1. Как испытать неизвестное железо?
10.2. Как рассчитать трансформатор?
10.3. Как рассчитать дроссель с сердечником?
Особенности расчета
Пример расчета дросселя № 1
Пример расчета дросселя № 2
Пример расчета дросселя № 3
10.4. Расчет дросселей с порошковым сердечником
Преимущества порошковых сердечников
Адрес программы Inductor Design Software и ее установка
Функции автоматического расчета программы Inductor Design Software
Дополнительные функции программы Inductor Design Software
Панель меню программы Inductor Design Software
Пример расчета дросселя в программе Inductor Design Software
Программа Magnetics Inductor Design Using Powder Cores
Пример расчета дросселя в программе Magnetics Inductor Design Using Powder Cores
10.5. Как рассчитать радиатор?
10.6. Гистерезисная модель нелинейной индуктивности симулятора LTspice
Краткое описание гистерезисной модели нелинейной индуктивности
Подбор параметров гистерезисной модели нелинейной индуктивности
10.7. Моделирование сложных электромагнитных компонентов при помощи LTspice
Проблема моделирования
Принцип подобия электрических и магнитных цепей
Двойственность физических цепей
Модель неразветвленной магнитной цепи
Моделирование разветвленной магнитной цепи
Моделирование сложной магнитной цепи
Адаптация модели для магнитных цепей, работающих с частичным или полным подмагничиванием
Создание модели интегрированного магнитного компонента
10.8. Как изготовить сварочные электроды?