Основные виды сварки плавлением

Электродуговая сварка. Из всех существующих способов сварки наиболее распространённой является дуговая электросварка, при которой для местного расплавления свариваемых деталей используется тепловой эффект электрической дуги, возбуждённой между электродом и соединяемыми деталями (рис.4.4). Под действием тепла дуги кромки деталей расплавляются, и образуется сварочная ванна. При перемещении дуги вдоль кромок деталей сварочная ванна затвердевает и образуется сварной шов, соединяющий свариваемые детали. Впервые на возможность нагревания и расплавления металлов с помощью электрической дуги указал в 1802 г. русский инженер В. В. Петров. В 1882 г. другой русский инженер Н. Н. Бенардос изобрёл способ электродуговой сварки неплавящимся угольным или графитовым электродом. В 1890 г. Н. Г. Славянов предложил выполнить дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Способы Н. Н. Бенардоса и Н. Г. Славянова являются основой современных видов электросварки металлов. Сварочная дуга представляет собой мощный электрический разряд, длительное время существующий между электродами, находящимися под напряжением. Электрической дугой свариваются почти все конструкционные стали, медь, алюминий, титан, никель и их сплавы, серый и ковкий чугуны.

Сварку можно производить постоянным и переменным токами. Для питания дуги постоянным током применяют электросварочные генераторы постоянного тока. При сварке переменным током используют сварочные трансформаторы, понижающие напряжение с 220 или 380 до 55 или 65 В.

Ручная дуговая сварка. Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную перемещают вдоль свариваемых заготовок. При ручной сварке применяют электрододержатель, щиток и шлем для защиты глаз и лица сварщика от действия лучей электрической дуги и брызг. Наибольшее применение из дуговых способов сварки имеет ручная дуговая сварка металлическими плавящимися электродами с покрытием. Металлические электроды (присадочный материал) изготовляют в виде прутков или мотков проволоки (для автоматической сварки). Для ручной сварки стальных изделий или заготовок применяют электроды с покрытием, состав которого является важной характеристикой электрода. Покрытие, помимо создания устойчивости дуги, защищает расплавленный металл от окисления и насыщения азотом воздуха, а также легирует шов различными элементами, обеспечивающими прочность сварного соединения. ГОСТом предусмотрены электроды марок Э38, Э42, Э46, Э52 и др. (для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей) и электроды марок Э70, Э85, Э100, Э150 (для легированных конструкционных сталей повышенной прочности).

Применяют различные виды соединений свариваемых частей. На рис.4.5 показаны наиболее распространённые сварные соединения: стыковые, внахлёстку, тавровые и угловые.

Ручная дуговая сварка применяется для сварки коротких и прерывистых швов, а также швов сложной конфигурации, т.е. в тех случаях, когда невозможно или невыгодно применять автоматическую сварку.

Преимуществом ручной сварки является возможность выполнения швов в любом пространственном положении – нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном и в труднодоступных местах.

Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса. Применение автоматической и полуавтоматической дуговой сварки обеспечивает стабильное качество сварного шва и высокую производительность процесса.

При автоматической дуговой сварке механизируется управление дугой и подача сварочного материала. Автоматическая сварка голым электродом под гранулированным флюсом по сравнению с ручной сваркой имеет более высокую производительность (в 5…10 раз), более однородное и высокое качество наплавленного металла. Она экономична. Флюсы обеспечивают защиту металла от кислорода и азота воздуха, раскисляют и легируют металл. Сварка производится со скоростью 6…32 м/ч.

При полуавтоматической сварке перемещение сварочного аппарата осуществляется сварщиком вручную вдоль выполняемого шва.

Газовая сварка. При газовой сварке для местного расплавления свариваемых металлических частей и дополнительно вводимого присадочного материала используется тепло, образующееся при сгорании горючих газов в кислороде с температурой пламени 3100…3300º С. В качестве горючего газа, в основном, применяют ацетилен С₂Н₂, дающий наиболее высокую температуру пламени и большое количество теплоты. Кислород добывается для промышленных целей на кислородных станциях из воздуха или электролизом воды.

Газовой сваркой выполняют такие же виды сварных соединений, как и электродуговой сваркой. Её применяют также при заварке раковин и трещин в чугунных отливках ответственного назначения и при ремонтных работах.

Плазменная сварка. При плазменной сварке основным источником для нагрева и расплавления металлов является плазма, т.е. смесь электрически заряженных молекул газа и электрически заряженных частиц – электронов и положительных ионов. Плазменной струёй можно производить сварку, резку, пайку, напыление, термообработку различных металлов и сплавов, обрабатывать неметаллические материалы (керамику, стекло). Температура плазмы может достигать 20000…30000º С. Для сварки металлов особо малых толщин, мелких и мельчайших деталей применяют микроплазменную сварку или сварку игольчатой дугой (струя плазмы диаметром 1,5…2 мм заканчивается острием).

Лазерная сварка. В качестве источника тепла при сварке лазером используется мощный, концентрированный световой луч, получаемый в специальной установке (лазере), являющейся тепловым источником с высокой плотностью энергии – 10⁷…10¹⁰ Вт/см². При этом размеры пятна лазерного луча составляют десятые доли миллиметра. Поэтому лазерная сварка позволяет получать соединения с минимальным расплавлением металла, что снижает напряжения и деформации в сварных конструкциях. Лазером можно обрабатывать материалы в любой среде, проводящей свет (воздух, вакуум, инертные газы). Это позволяет получать высококачественные соединения не только при сварке не только обычных углеродистых и низкоуглеродистых сталей, но и высокоуглеродистых сталей, цветных металлов, специальных сплавов. Световая мощность лазера достаточна для расплавления, и даже доведения до кипения, любых металлов.