12 основных типов сварки: для чего они используются?

Сварка — это производственный процесс, в котором для соединения двух или более материалов в прочное, долговечное соединение используются тепло, давление или и то, и другое. Чаще всего свариваются металлы и термопласты, но сварке подлежат и другие материалы, например, древесина.

Это ключевой процесс в большинстве отраслей. Давайте рассмотрим, как он работает и какие знания лежат в его основе.

Как выполняется сварка?

Сварка — это высокотемпературный процесс, при котором расплавляется основной металл. В этом ключевое отличие от пайки твердым припоем и сварки пайкой, при которых расплавляется только присадочный материал, а не происходит сплавление основных металлов.

Сварка соединяет две или более заготовки при высоких температурах. Высокая температура создает расплавленную ванну, которая охлаждается и затвердевает, образуя единое твердое тело и сварной шов. Прочность сварного шва может быть даже выше, чем у основного металла.

Существует множество видов сварки, но все они используют тепло или давление для расплавления металлов и образования сварного шва. Источник тепла или давления может варьироваться в зависимости от области применения и используемых материалов. Благодаря простым и хорошо понятным принципам сварки, металлы считаются наиболее часто свариваемыми материалами. Сварка пластмасс также довольно распространена, в то время как сварка древесины только начинает набирать популярность.

На процесс сварки влияет множество факторов, таких как необходимость в специальных инструментах, защитных газах, электродах и присадочных материалах. Давайте подробнее рассмотрим некоторые из наиболее распространенных методов сварки и выявим их уникальные характеристики.

Различные виды сварки

Хотя базовая концепция сварки относительно проста, её можно классифицировать по используемому источнику энергии. По мере дальнейшего анализа этих подкатегорий мы сможем глубже изучить принципы работы каждого метода.

Дуговая сварка

Дуговая сварка — это процесс сварки, при котором тепло, выделяемое дугой между электродом и заготовкой, локально расплавляет металл и присадочную проволоку (или не использует присадку) для соединения материалов. Электроды для дуговой сварки Сварочные материалы бывают расходными или нерасходными. При сварке можно использовать как переменный (AC), так и постоянный (DC) ток.

1. Сварка MIG/MAG

Газодуговая сварка (GMAW), также известная как MIG/MAG сварка (сварка в среде инертного газа/сварка в среде активного газа), использует непрерывную проволоку, подаваемую через сварочную горелку. По мере расплавления проволоки дугой, она сплавляется с основным металлом в сварочной ванне.

Одновременно в зону сварки подается защитный газ, создающий защитный барьер, предотвращающий загрязнение атмосферы.

Эта технология сварки проста в использовании. Именно поэтому она пользуется популярностью в промышленной сварке, производстве, строительстве и автомобилестроении. Благодаря доступности недорогих инертных газов, дуговая сварка в защитной среде (GMAW) в значительной степени заменила сварку атомным водородом (AHW).

2. Сварка TIG

Сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG) использует неплавящийся вольфрамовый электрод и инертный защитный газ. В отличие от сварки MIG/MAG, использование отдельного присадочного металла при сварке TIG может определяться в зависимости от требований проекта. Газодуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW) обеспечивает точные и высококачественные сварные швы. Она отличается превосходной глубиной проплавления. Это делает ее отличным вариантом для многих применений, например, в аэрокосмической и автомобильной промышленности. В то же время, сварочные аппараты TIG обладают множеством регулируемых функций. Это делает TIG очень универсальным процессом сварки.

3. Дуговая сварка электродами

Сварка электродами с использованием стержня (SMAW), также известная как ручная дуговая сварка (MMAW/MMA) или сварка стержневым электродом, использует расплавляемый металлический электрод с флюсовым покрытием для соединения металлов.

При соприкосновении электрода с основным металлом образуется дуга, расплавляющая материал в сварочной ванне. Флюс выделяет защитный газ, предохраняющий сварочный металл от загрязнения. После охлаждения шлак можно удалить обычными инструментами, такими как проволочные щетки.

4. Дуговая сварка порошковой проволокой

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW) — это процесс сварки, который обычно автоматизирован или полуавтоматизирован и может сократить время сварки до 40% по сравнению с традиционной ручной сваркой.

При сварке FCAW для защиты сварного шва используется порошковый электрод. Кроме того, сварка FCAW с двойной защитой обеспечивает дополнительную защиту от загрязнений за счет использования защитного газа поверх порошкового электрода. По сравнению с некоторыми другими методами сварки, сварка FCAW не требует дополнительного защитного газового оборудования (особенно сварка с двойной защитой), поэтому в долгосрочной перспективе затраты на оборудование и материалы могут быть значительно снижены.

5. Газовая сварка

Газовая сварка, также известная как кислородно-топливная сварка, является одним из наиболее традиционных методов соединения металлов, использующим комбинацию кислорода и топливного газа, такого как ацетилен или пропан. Этот процесс генерирует сильный нагрев, который расплавляет металл в месте соединения, позволяя ему сплавиться. Он широко используется как для черных, так и для цветных металлов и особенно эффективен для тонких материалов.

Одним из ключевых преимуществ газовой сварки является то, что она не требует электричества, что делает ее очень мобильным решением в районах с ограниченным доступом к электроэнергии. Оборудование относительно просто в эксплуатации и стоит дешевле, чем другие методы сварки, что делает ее популярным выбором для небольших проектов и проектов «сделай сам». Газовая сварка также может использоваться для кислородно-топливной резки, обеспечивая универсальность при использовании того же оборудования.

Несмотря на то, что газовая сварка — более старый метод, она остается эффективной для многих применений. Возможность регулировать профиль пламени путем регулирования потока газа обеспечивает точный контроль, что делает ее подходящей для деликатных задач, таких как пайка и сварка тонких листов металла. Это надежная и доступная технология для различных задач металлообработки.

6. Плазменная сварка

Плазменно-дуговая сварка работает по принципу, аналогичному TIG-сварке, но уникальная конструкция горелки позволяет подавать инертный газ из сопла с большей скоростью, по более узкому пути. При контакте газа с дугой образуется плазма, которая ионизируется, попадая в зону сварки и генерируя чрезвычайно высокие температуры. Это позволяет достигать температуры сварки приблизительно в 28 000 °C, достаточно высокой для расплавления практически любого металла.

Благодаря возможности создания очень высоких рабочих температур, плазменные горелки подходят не только для прецизионной сварки, но и для резки металла. В процессе сварки плазменная дуга обеспечивает высококонцентрированное тепло, что приводит к получению более тонких сварных швов и более высокой скорости сварки, что делает их особенно подходящими для металлообработки, требующей высокой точности и сложных конструкций.

7. Сварка под флюсом

Сварка под флюсом (SAW) работает по принципу, аналогичному сварке дугой с использованием липкой среды (SMAW), используя флюс для защиты сварного шва. В этом автоматизированном или полуавтоматизированном процессе сварки используется отдельный бункер для флюса, который наносит гранулированный присадочный металл на сварной шов.

Эта технология сварки обеспечивает получение качественных и чистых сварных швов, превосходящих большинство традиционных методов ручной сварки. Она отлично подходит для таких металлов, как никель, сталь и нержавеющая сталь, и широко используется при изготовлении труб, сосудов под давлением и котлов.

Контактная сварка

Контактная сварка, или сварка под давлением, включает в себя приложение давления и электрического тока между двумя металлическими поверхностями для создания сварного соединения. Заготовки соединяются под высоким давлением, и через точки контакта проходит электрический ток. Сопротивление металла генерирует тепло, сплавляя металлические поверхности друг с другом.

1. Точечная сварка

Контактная точечная сварка (КСВ) использует два электрода для прижимания перекрывающихся металлических поверхностей друг к другу с одновременным приложением сварочного тока через сопротивление металлов. В процессе сварки выделяется тепло, в результате чего металлические поверхности сплавляются, образуя сварной шов в форме пуговицы или ядра.

Металлы сплавляются под действием высокой энергии за короткое время (приблизительно 10-100 миллисекунд), соединяя заготовки практически мгновенно. Область вокруг сварного шва не повреждается от чрезмерного нагрева, что приводит к образованию минимальной зоны термического воздействия (ЗТВ) при точечной сварке.

Точечная сварка часто автоматизируется с помощью сварочных роботов. Это делает ее одним из наиболее эффективных методов сварки, используемых на сборочных линиях, что делает ее привлекательным вариантом для автомобильной, электронной и обрабатывающей промышленности.

2. Шовная сварка

Шовная сварка — это разновидность точечной сварки. При ней используются два электродных колеса, которые прижимают заготовки. Одновременно через них протекает электрический ток. Сварщик может использовать электроэнергию двумя способами: подавать её периодически для выполнения отдельных сварных швов на заготовках или непрерывно, в зависимости от потребностей проекта.

Контактная сварка швов позволяет получать очень прочные соединения, а сам процесс сварки чрезвычайно быстр и чист, что делает его идеальным для автоматизированной сварки. В металлообрабатывающей промышленности сварка швов используется для производства жестяных банок, радиаторов и стальных бочек.

Лазерная сварка

Лазерная сварка (ЛСВ), как следует из названия, использует лазерный луч в качестве концентрированного источника тепла для расплавления металла и образования сварного шва. Высокая плотность мощности ЛСВ приводит к уменьшению зоны термического воздействия. Размеры лазерного пятна варьируются от 0,2 до 13 мм, что делает ее подходящей для сварки материалов различной толщины и позволяет достичь превосходных результатов по сравнению с традиционными методами сварки.

Лазерная сварка позволяет быстро получать высококачественные сварные швы с высокой точностью. Этот процесс часто автоматизирован и широко используется в автомобильной, медицинской и ювелирной промышленности.

Некоторые считают, что лазерные горелки могут резать и сваривать так же, как кислородно-топливные и плазменные горелки. Однако это обычно не так. Стандартные лазерные режущие головки не могут использоваться для сварки, а лазерные сварочные головки не соответствуют требованиям к скорости и качеству резки, предъявляемым большинством промышленных применений.

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) — это высокоточная технология сварки, использующая сфокусированный пучок высокоэнергетических электронов для расплавления и соединения металлических поверхностей. Электроны ускоряются в вакууме и направляются на заготовки, генерируя интенсивный нагрев в месте сварки. Процесс происходит в вакуумной среде, что предотвращает окисление и загрязнение.

Одним из главных преимуществ электронно-лучевой сварки является возможность получения глубоких и узких сварных швов с минимальной тепловой деформацией. Это делает ее идеальной для высокоточных применений, таких как аэрокосмическая промышленность и производство медицинских изделий. Этот процесс также позволяет сваривать разнородные металлы и получать высокопрочные соединения с превосходным качеством сварного шва и минимальной последующей обработкой.

Сварка трением

Сварка трением — это процесс сварки в твердом состоянии, который, как следует из названия, использует трение для соединения металлов. В отличие от большинства процессов сварки, он не использует сварочный пистолет, сварочный пруток или защитный газ. В процессе создается соединение с помощью тепла, генерируемого исключительно высокоскоростным вращением, вибрацией или боковым контактом между двумя чистыми металлическими деталями. Металлические остатки, образующиеся в процессе, удаляются после охлаждения.

Оборудование для сварки трением более экологично, чем оборудование для других методов, поскольку не выделяет вредных сварочных паров или токсинов. Простота в эксплуатации делает его идеальным для сварки сверл, шатунов, валов и клапанов.

Безопасность при сварке

В цехе листового металла LVMA, изучая сварку вместе с инженерами, я осознал, что безопасность при сварке является важнейшим аспектом сварочного процесса.

Инженеры в цехе листового металла LVMA оснащены сварочными масками, огнестойкими перчатками, защитной одеждой и защитной обувью, что эффективно защищает их от высоких температур, ультрафиолетового излучения, искр и вредных газов. Сварочные маски, в частности, предотвратили ослепление от сварочной дуги и вдыхание вредных паров. Я также заметил, что руководство цеха LVMA предоставляет им беруши для снижения вредного воздействия шума на слух.

Однако средства защиты — это лишь одна составляющая безопасности при сварке; не менее важна осведомленность сварщиков о технике безопасности. Сложность сварочного процесса требует от сварщиков высокой ответственности и глубокого понимания рисков. Они должны четко понимать рабочую среду, состояние оборудования и порядок действий в чрезвычайных ситуациях. Сварщики всегда должны обеспечивать надлежащую вентиляцию в своей рабочей зоне, чтобы предотвратить скопление вредных газов, и регулярно проверять свое оборудование на предмет неисправностей.

Краткое содержание

Технология сварки соединяет металл с металлом, достигая эффектов, недостижимых при сварке отдельных металлических деталей. Благодаря постоянному развитию технологий, сварочные технологии продолжают внедрять инновации и развиваться. В будущем сварочные процессы станут более интеллектуальными и эффективными, автоматизированная и роботизированная сварка получит широкое распространение, повысив эффективность производства и снизив количество человеческих ошибок. Одновременно с этим, появление новых сварочных материалов и процессов расширит области применения, предлагая более качественные и экологически чистые сварочные решения для таких отраслей, как авиация, автомобилестроение и энергетика.