Методы сварки

Сварка- это производственный метод , используемый для соединения материалов между собой.

СВАРКА И МЕТОДЫ СВАРКИ

Что такоеисточник?

Как правило, он используется для металлических или термопластичных материалов. При этом методе свариваемые детали обычно расплавляются, в них добавляется присадочный материал, затем соединение охлаждается и затвердевает, в некоторых случаях процесс термосоединения происходит под давлением. Этот метод отличается от пайки и припоя тем, что при пайке и припое соединение происходит при низких температурах плавления и без расплавления заготовок.

Для сварки может использоваться множество различных источников энергии, таких как газовое пламя, электрическая дуга, лазер, электронный луч, трение, ультразвуковые волны. В промышленных процессах сварка может проводиться в различных условиях, например, на открытом воздухе, под водой, в космосе. Однако, независимо от места проведения, сварка таит в себе различные опасности. Необходимо принимать меры предосторожности против пламени, поражения электрическим током, токсичных паров и ультрафиолетовых лучей.

До конца XIX века был известен только метод сварки, применявшийся кузнецами, при котором металлы соединялись путем нагрева и ковки. В конце века были разработаны электродуговая и газокислородная сварка, затем сварка сопротивлением. Технология сварки 20. В начале века (после Первой и Второй мировых войн), чтобы удовлетворить растущий спрос, она быстро развивалась и стала одним из надежных и недорогих методов. После войн были разработаны различные современные методы сварки, включая ручные (ручная дуговая сварка металлов), полуавтоматические и автоматические (газовая дуговая сварка металлов и т.д.). Разработки продолжились во второй половине века с изобретением сварки лазерным лучом и электронно-лучевой сварки. В настоящее время наука продолжает развиваться. Роботизированная сварка заняла широкое место в промышленности, появляются новые методы сварки, продолжаются исследования и разработки, направленные на улучшение качества и свойств сварки и снижение затрат.

Дуговая сваркапокрытым электродом

Дуговая сварка защитным электродом — это метод ручной дуговой сварки, при котором тепло, необходимое для сварки, генерируется дугой, образующейся между зачехленным электродом и заготовкой. В этом методе может использоваться как постоянный (DC), так и переменный (AC) ток. В некоторых случаях зона сварки защищается газом, известным как защитный газ, и выполняется дуговая сварка покрытым электродом.

Кончик электрода, сварочная ванна, дуга и участки заготовки вблизи сварного шва защищены от вредного воздействия атмосферы газами, образующимися при сгорании и разложении защитного материала. Шлак, образованный расплавленным защитным материалом, обеспечивает дополнительную защиту расплавленного металла шва в сварочной ванне. Дополнительный металл (присадочный металл) обеспечивается стержневой проволокой расходуемого электрода и, при использовании некоторых электродов, металлическими порошками в покрытии электрода.

Кончик электрода, сварочная ванна, дуга иучастки заготовки вблизи сварного шва, прогорание покровного материала от вредного воздействия атмосферы и защищается газами , образующимися приразложении. Шлак, образованный расплавленным покровным материалом, обеспечивает дополнительнуюзащиту расплавленного металла в сварочной ванне. Дополнительный металл (присадочный металл), в стержневой проволокеобедненного электрода , а в некоторых электродах также металлическими порошками в покрытии электрода.

Преимущества

• Дуговая сварка защитным электродом может применяться в открытых и закрытых зонах.
• Сварка возможна во всех точках и положениях , которые можно достичь электродом.
• Можно сваривать узкие и ограниченные участки, которые невозможно достичь другими методами сварки.
• Поскольку концы источника питания сварочного аппарата могут быть удлинены , можно сваривать соединения на больших расстояниях.
• Сварочное оборудование легкое и портативное
• Существует множество типов покрытых электродов, отвечающих химическим и механическим свойствам многих материалов. Поэтому сварные соединения могут иметь те же свойства, что и основной материал.

Недостатки

• Скорость осаждения металла и эффективность дуговой сварки защитным электродом ниже, чем у многих других видов дуговой сварки. Электроды представляют собой отрезные стержни определенной длины, поэтому необходимо прекращать сварку каждый раз, когда электрод израсходован.
• Необходимо очищать шлак , образующийся на металле шва, после каждого прохода сварки.

Электрическая сварка сопротивлением

Сварка сопротивлением — это метод сварки двух или более металлических поверхностей, основанный на выделении тепла за счет сопротивления металлов проходящему через них току. Благодаря высокому току, проходящему через металл (1000 — 100.000 А.), в зоне сварки образуется небольшая лужа расплавленного металла. В целом, методы контактной сварки являются эффективными и малозагрязняющими методами, но их применение ограничено, а оборудование достаточно дорого.

Дуговая сваркапорошковой проволокой

Дуговая сварка порошковой проволокой — это процесс дуговой сварки, при котором тепло, необходимое для сварки, генерируется дугой между расходуемым электродом из порошковой проволоки и изделием. Защита дуги и зоны сварки обеспечивается газами, образующимися при сгорании и разложении флюса в порошковой проволоке, или подаваемым извне защитным газом, как при газовой дуговой сварке металлов. Процесс сварки в самозащите (порошковой проволокой открытой дугой), с другой стороны, больше похож на газовую защиту при сварке в защитном электроде. Покрывающий материал на защитных электродах приводит к тому, что электроды производятся в виде плоских стержней и имеют ограниченную длину. В случае порошковых проволок, с другой стороны, поскольку этот покровный материал находится внутри трубчатого проволочного электрода, он производится в виде проволоки, намотанной на катушки, и может непрерывно подаваться в зону сварки.
Этот метод сварки может применяться как в полуавтоматических, так и в автоматических сварочных системах.

Недостатком дуговой сварки порошковой проволокой является образование на сварном шве слоя шлака, аналогичного тому, что образуется при дуговой сварке покрытым электродом, но несколько тоньше. Однако в настоящее время выпускается множество типов электродов с порошковой проволокой, которые не требуют очистки от шлака или не образуют шлак.

Окси-Асетилен

Оборудование дешево и просто, и обычно производится путем сжигания ацетилена с кислородом в сварочном пламени (около 3100°C). Поскольку пламя менее мощное, чем электрическая дуга, охлаждение шва происходит медленнее, а возникающие при этом напряжения и деформации шва могут быть уменьшены, поэтому этим методом легче сваривать высоколегированные стали. Этот метод также используется для резки металлов. Другие методы газовой сварки, такие как воздушно-ацетиленовая, кислородно-водородная и газовая сварка под давлением, довольно похожи, различается только тип используемого газа.
Газовая сварка также используется для сварки пластмасс.

Газовая сварка

Газо-металлическая дуговая сварка- это применение тепла , необходимого для сварки, между неплавящимся электродоми изделием Это метод дуговойсварки , при котором дуга возникает благодаря дуге. Непрерывно подается (подается) в зону сварки, По мере расплавления и расходованиясплошного проволочного электродаобразуется металл шва.

Электрод, сварочная ванна, дуга иучастки изделия вблизи сварного шва, от вредного воздействия атмосферы сварочной горелки Защитныйгазили смешанные газы. Газ должен быть способен полностьюзащитить зону сварки, в противном случае очень маленькое поступление воздуха Даже сварка вызывает дефектыв металле.

Основными типами являются методы газовой сварки MIG-MAG и WIG (TIG). В этом типе сварки чаще всего используется техника MIG (Metal Inert Gas), использующая в качестве защитного газа инертные газы, такие как аргон и гелий, и техника MAG (Metal Active Gas), использующая в качестве защитного газа диоксид углерода, активный газ. Отличием техники WIG, которая используется относительно реже других, является применение неплавящегося вольфрамового электрода.

Преимущества

• Газометаллическая дуговая сварка по сравнению с дуговой сваркой покрытым электродом Это более быстрый метод сварки , чем сварка. Потому что
• Проволочный сварочный электрод непрерывно проникает в зону сварки сварщик закрывает электродную дугудляподачи обедненного электрода,как при сварке не нужно останавливать источник для его замены.
• Поскольку не образуется шлак, нет необходимости в очистке шлака после каждого прохода, как в случае с покрытыми электродами, и поскольку нет риска образования остатков шлака в металле шва, получаются сварные швы лучшего качества.
• Поскольку используются электроды меньшего диаметра , чем при дуговой сварке в защитном электроде, высокая плотность тока втом же диапазоне токов и имеет высокую скорость укладкиметалла.
• Металл шва, получаемый при газовой дуговой сварке, имеет низкое содержание водорода, что особенно важно для сталей с закалочными свойствами.
• Поскольку при газовой дуговой сварке можно достичь глубокого проплавления, она иногда позволяет выполнять небольшие филейные швы и обеспечивает более равномерное проплавление корня шва, чем при дуговой сварке защитным электродом.
• Хотя тонкие материалы чаще всего соединяются сваркой TIG с использованием или без использования дополнительного металла, газовая дуговая сварка дает лучшие результаты, чем дуговая сварка защитным электродом для сварки тонких материалов.
• Он очень хорошо подходит для использования как в полуавтоматических , так и в полностью автоматических сварочных системах.

Недостатки

• Оборудование для газодуговой сварки сложнее, дороже и труднее транспортировать, чем оборудование для дуговой сварки.
• Сварка в труднодоступных местах, например, дуговая сварка защитным электродом, не так проста, поскольку газовая горелка должна находиться близко к изделию.
• сварные соединения, выполненные газовой сваркой в сталях с закалочными свойствами, более склонны к образованию трещин. Это объясняется отсутствием шлакового слоя, который снижает скорость охлаждения металла шва, как это происходит при дуговой сварке покрытыми электродами.
• Газовая сварка, сможет снятьгазовую защиту с зоны источника требует дополнительной защиты от воздушных потоков. Поэтой причине , В соответствии с дуговой сваркой покрытым электродом , он не подходитдля сварки на открытых участках.

Вязаная сварка

TIG-сварка- это применение тепла , необходимого для сварки, образуется между неплавящимся электродом (вольфрамовым электродом)и заготовкой. Это метод дуговой сварки, при котором дуга возникает благодаря.

Электрод, сварочная ванна, дуга иучастки изделия вблизи сварного шва, от вредного воздействия атмосферы сварочной горелки Защитныйгазили смешанные газы.

Газ должен полностью защищать зону сварки, в противном случае очень мало воздуха. Даже его попадание приведет к дефектам в металле шва.

Преимущества

СваркаTIG предназначена для получения непрерывного сварного шва, как вручную для сварки через интервалы , так и для точечной сварки, может применяться как с автоматическими сварочнымисистемами.

Поскольку электрод не истощен , его можно использовать для расплавления основного металла или сваривается с использованием дополнительного металла.

Он может свариваться в любом положении и особенно подходит для сварки тонких материалов.

Обеспечивает высокое проплавление и непористые швы при сварке корневого прохода.

Поскольку подводимое тепло сосредоточено в зоне сварки , деформация заготовки невелика.

Он обеспечивает гладкий сварной шов и не требует зачистки шва.

Недостатки

• Скорость осаждения металла при сварке TIG ниже, чем при других методах дуговой сварки.
• Это неэкономичный метод для сварки толстостенных материалов.

Дуговая сварка под флюсом

Дуговая сварка под флюсом — это применение тепла , необходимого для сварки, дуга между электродом (или электродами)и изделием. Это метод дуговой сварки , при которомсоздается дуга (или дуги). Зона дуги образуетсяслоем сварочного флюса вблизи металла шва и шва . Основной металл также защищен плавящейся сварочнойпылью (шлаком) и сварным швом.

При дуговой сварке под флюсом электричество проходит через дугу и сварочную ванну, состоящую из расплавленного металла и расплавленного шлака. Тепло дуги расплавляет электрод, сварочный порошок и основной металл, образуя сварочную ванну, которая заполняет сварочный шов. Сварочный порошок, выполняющий роль защитного экрана, также вступает в реакцию со сварочной ванной и раскисляет металл шва.

Сварочные порошки , используемые для сварки легированных сталей, Легирующие элементы , стабилизирующие химический состав металлашва, можно найти в. Дуговая сварка под флюсом — это автоматизированный процесс сварки. При некоторых видах дуговой сваркипод флюсом к сварочному соплу можно одновременно прикладывать два или более более одного электрода могут быть приложены ксварочному соплу одновременно .

Электроды могут подаваться в сварочную ванну бок о бок (двойная дуга) или подаваться друг за другом на расстояние, достаточное для того, чтобы сварочные ванны застывали независимо друг от друга, что позволяет достичь высоких скоростей сварки и высокой скорости осаждения металла.

Преимущества

• Это метод с высокой скоростью сварки и высокой скоростью осаждения металла, который можно использовать для сварки плоских и цилиндрических деталей, сварки труб всех толщин и размеров и наплавки сварных швов.
• Он даетбездефектные сварные швы с высокой механической прочностью.
• Во время сварки не происходит разбрызгивания, а тепло дуги не видно, поэтому для сварщика требуется меньшая защита.
• Углы сварного шва можно сваривать и другими способами.
• Дуговая сварка под флюсом может применяться в закрытых и открытых зонах.

Недостатки

• Порошки для дуговой сварки под флюсом склонны поглощать влагу из воздуха, что приводит к образованию пор в сварном шве.
• Для получения высококачественных сварных швов основной металлдолжен быть ровным, гладким, На поверхности основного металла не должно быть масла, ржавчины и других загрязнений.
• Шлак должен быть удален из сварного шва, в некоторых случаяхэто может быть сложным процессом. При многопроходных сварных швах, Шлак необходимо удалять после каждого прохода , чтобы избежатьостатков шлака на сварном шве.
• Дуговая сварка под флюсом , как правило, не подходит для материалов толщиной менее 5 мм , так как может вызвать прожог.
• Метод прямой, за исключением некоторых специальных применений, Подходит для стыковых и филейных сварных швов в горизонтальном положении.
• Этот метод применим не для всех металлов и сплавов.

Управление ресурсами твердого тела

Как и первый известный способ сварки — ковка, некоторые современные методы сварки выполняются без расплавления материала шва. Ультразвуковая сварка, один из самых распространенных методов, используется для соединения кабелей или тонких листов из термопластичного или металлического материала с помощью вибрации под высоким давлением и высокой частоты.

Оборудование и методы аналогичны контактной сварке. Здесь электрический ток заменен энергией, поступающей от вибрации. В этом процессе нет плавления металла шва, вместо этого происходит механическая вибрация, приложенная горизонтально под давлением.

При сварке пластмасс материалы должны быть доведены до температуры, близкой к температуре плавления, а вибрация должна прикладываться вертикально. Ультразвуковая сварка применяется в основном для сварки полимеров и алюминиевых или медных материалов, используемых для электрических соединений.

Geometri

• Общие типы вставки сварного шва
• Вставкав лоб
• V-образное сварное соединение
• Накладное сращивание
• Т-образная вставка
• Угловая вставка

Свариваемые детали могут быть геометрически подготовлены к сварке в различных формах. В зависимости от формы детали существуют также различные варианты, например, двойные V-образные швы. Также часто используются сварные соединения типа Single-U и Double-U, которые похожи на V-образные сварные соединения. Нахлесточные швы обычно используются в зависимости от толщины детали, в некоторых тонких деталях нахлесточные швы могут стать обязательными.

Чтобы процесс сварки был полностью реализован, Также часто используются специальныеметоды вставки. Например, контактная сварка, источник лазерного луча и электронный луч Накладное сращиваниедает наилучшие результаты при сварке. Однако некоторые методы сварки, например, дуговая сварка в защитной оболочке (под газом или подпылью ), является универсальной , ис ее помощью можно выполнять все виды сращивания. Кроме того , в некоторых процессах используютсяметоды многопроходной сварки (при выполнении последующей сварки, ) , при котором предыдущий проход успевает остыть. Этот метод позволяет использовать для сварки толстых секций вставку с одним V-образнымшвом.

После сварки в зоне шва образуются различные зоны. Сам шов называется зоной плавления, которая содержит присадочный металл, заполненный в процессе сварки. Свойства этой зоны зависят в первую очередь от используемого присадочного материала и его совместимости с основным материалом. Непосредственно вокруг этой области находится зона термического влияния, где микроструктура и свойства изменяются в результате процесса сварки. Эти свойства меняются в зависимости от поведения основного материала под воздействием тепла. Металл в этой области обычно слабее, чем основной металл и зона сварки, и здесь возникают постоянные напряжения материала.

Калитэ

В целом, основным критерием, используемым для оценки качества сварного шва, является прочность сварного шва и окружающего его материала (прочность). На это влияет множество факторов, таких как метод сварки, способ соединения, количество тепла, основной материал и материал присадки, а также взаимодействие между ними.

Проверки, проводимые для измерения качества сварного шва, обычно делятся на две группы: разрушающие и неразрушающие методы контроля. При измерениях, проводимых этими методами, в сварном шве не должно быть видимых дефектов, постоянные напряжения и деформации должны быть на приемлемом уровне, свойства зоны термического влияния должны быть на приемлемом уровне.

Зонатеплового воздействия

Область синего цвета на рисунке вызвана окислением при температуре 316 °C. Этот цвет указывает на степень нагрева, но не является достаточно чувствительным индикатором зоны термического влияния (HAZ). HAZ — это узкая зона, окружающая свариваемую металлическую деталь.

На материал вокруг зоны сварки, последствия сварки могут бытьвредными ( используемый материал и тепло , применяемое в процессе сварки В зависимости от исходных данных размер и прочность зоны термического влияния могут быть различными). Теплопроводность основного материала (тепловаядиффузия , т.е. теплопроводность/объемная теплоемкость) также играет здесь важную роль. теплопроводность/объемная теплоемкость ) также играет здесь важную роль.

Если диффузия велика, скорость охлаждения материала высока и зона теплового воздействия становится относительно небольшой. В противном случае низкая диффузия приводит к медленному охлаждению и увеличению зоны термического влияния.

Количество тепла, выделяемого в процессе сварки, кислородно-ацетиленовая сварка Он играет важную роль в таких методах, как безконденсационный подвод тепла. Это приводит к расширению зоны термического воздействия. источник лазерного луча Такие процессы, как передача концентрированного тепла в зону сварки, количество тепла ограничена, в результате чего зона термического влияния небольшая. Электродуговая сварка, изменения в тепловложении, характерные для сварного шва. По этой причине он остается между этими двумя ситуациями.

Источник: Техническая информация OERLICON.