Основные виды сварки

Газовая сварка используется больше 100 лет и технология газовой сварки до сих пор актуальна в деле сварки металлов.

После появились новые виды — дуговая, с электродом, портативная — полуавтоматом и в защитных средах (к примеру, сварка в углекислом газе), потому технология газовой сварки отошла на второй план, особенно в промышленности.

Преимущества и недостатки газовой сварки

Газовая сварка идет посредством плавления материалов, образующих гомогенную структуру: материалы плавятся и после соединяются.

Газ для сварки горит, как смесь в присутствии очищенного кислорода.

Имеет следующие преимущества:

• Простой тип сварки/резки, дорогостоящий сварочный аппарат не требуется (если только не сварка полуавтоматом или электродом);

• Газ/смесь для сварки/резки можно приобрести без проблем;

• Газовая сварка не нуждается в мощном источнике энергии и защитных средах (по ситуации);

• Пламя/смесь можно контролировать – менять его мощность, виды, регулировать нагрев деталей при сварке и для резки.

Не лишена и недостатков:

• Малая быстрота нагрева металлов горелкой (полуавтоматом выгоднее).

• Газовая сварка выдает широкую зону тепла;

• Тепло сильно рассеивается, плохо концентрируется, нежели при дуговой;

• Заметный минус кроется в цене топлива/электричества. Конечно, аппарат дуговой сварки или сварки электродом расходует электричество нещадно, но при подсчете окажется все равно дешевле того же ацетилена и кислорода;

• Плохая тепловая концентрация снижает результативность газовой сварки/резки с возрастанием толщины: при толщине 1 мм темп составит приблизительно 10 метров в час, а при 1 см толщины — всего 2 метра в час. Потому для деталей от 5 мм используется дуговой метод или сварка полуавтоматом/электродом;

• Плохо механизируется. Автоматическая происходит при сварке труб с тонкой стенкой в продольном шве при работе многопламенной горелки, и то только в некоторых операциях (производство тонкостенных полых резервуаров, газовая сварка труб небольшого диаметра, газовая сварка алюминия, газовая сварка чугуна, различных их сплавов).

Компоненты сварки

В настоящее время используют различные газы, какой из них выбрать и как применять, опишем ниже.

Кислород

Газ для сварки и резки, не имеет цвета и запаха. Способствует быстрому воспламенению паров горючих материалов.

Сварочный кислород выступает как катализатор плавления/резки металлов в присутствии основного горючего газа.

Кислород хранится в баллоне под постоянным давлением, вследствие контакта с маслом самовоспламеняется. Лучшая мера предосторожности – убрать газовые баллоны для сварки в закрытое от солнца и контакта место, тщательно очистить от пыли, грязи и не прикасаться к нему пропитанными чем бы то ни было перчатками.

Сварочный кислород получается из обычного воздуха, какой был отделен от СО2 и Н2О в воздухоразделительной установке. Существует 3 сорта кислорода, используемого в сварке: высший (99.5%), 1 и 2 сорта (99.2 и 98.5 процентов соответственно).

На остаток приходится смесь Ar и N.

Ацетилен

Ацетилен – смесь H и O, бесцветный газ для сварки с небольшим присутствием NH4 и H2S. Получается через диссоциацию жидких углеводородов под действием электричества.

Чаще всего в баллоне при диссоциации карбида кальция водой.

Заменители ацетилена

Правило гласит: чтобы сварочный процесс свершился, температура на выходе должна быть в 2 раза выше, чем порог плавки металла.

Как замена используются водород, метан, пропан, керосиновые пары, но температура их горения находится в пределах 2400-2800 градусов, что меньше 3150 градусов при горении ацетилена.

Если давление превышает 1.5 кг/см2 и температура превышает 4000С, то он может взорваться.

Основное преимущество вышеуказанных газов заключается в дешевизне производства. Однако применение заместителей диктовано характером нагрева и плавящимся металлом.

К примеру, сталь требует виды проволоки с марганцем и кремнием, которая раскисляет ее, а плавящимся цветным металлам нужен флюс.

Еще один минус – не все виды газов имеют высокую теплопроводность.

Проволока и флюс

Проволока и сварочный флюс – неотъемлемые компоненты, которые вносят плавящимся материалам нужные компоненты для надежного шва.

Проволока может быть только без краски и масла, коррозии, при этом порог ее плавления равен или ниже порога плавления металлов.

В ее отсутствие выручит тонкая полоска тех же металлов, которые свариваются.

Сплавы Cu, Mg, Al и металлы вообще во время сварки производят окислы, плавящиеся при большей температуре, нежели сам металл.

Они накрывают металл тонким трудно плавящимся покрытием, усложняя сварку.

Плавящимся металлам требуется присутствие защитных флюсов.

Флюс наносится непосредственно на металл или проволоку до сварки, плавится и выдает плавкий шлак, какой покрывает плавленый металл поверхностно.

Борная кислота и бура выступают в роли защитных флюсов.

Углеродистая сталь варится без добавок, а газовая сварка чугуна, меди и стали требует как раз защитных флюсов.

Оборудование для сварки

1. Водяной затвор. Нужен для защиты генератора ацетилена и трубы от обратной тяги огня из горелки. Затвор – главный компонент поста, он должен быть исправным и наполняться водой вровень с краном. Затвор стоит между горелкой/резаком и газопроводом/генератором ацетилена;

2. Газовый баллон. Баллон имеет конусную резьбу на отверстии, на которую ставится закрывающий вентиль. Снаружи баллон имеет условный цвет по роду газа: голубой – кислород, белый – ацетилен, зелено-желтый — водород, красный — прочие газы. Верхняя часть баллона никогда не красится (нельзя допускать контакта газа с маслом в краске). Для ацетилена можно использовать вентиль, который сделан из любого металла, кроме меди – ацетилен с медью образует взрывоопасную ацетиленовую медь;

3. Редуктор. Редуктор снижает давление выходящего газа. Редуктор бывает одно- или двухкамерный, причем последний держит более стабильное давление. Бывает редуктор прямого действия и редуктор обратного действия. Кстати, для кислорода и ацетилена есть свой отдельный редуктор. Любой редуктор одновременно является клапаном сброса давления. Редуктор в сварке сжиженным газом имеет оребрение во избежание вымерзания газа при выходе;

4. Шланги. Шланги для горючего газа имеют сплошную линию из красного цвета, как обозначение. Такие шланги работают при давлении до 6 атм. Это шланги 1 класса, шланги 2 класса нужны для передачи горючей жидкости (бензин, керосин). Они имеют желтую полосу по всей длине. Шланги 3 класса – синего цвета, они работают при давлении до 20 атм;

5. Горелка. Этот аппарат смешивает газы, выпускает из мундштука под нужным давлением смесь, которая плавит металлы. Бывают безинжекторный и инжекторный виды, причем последний более распространен. В аппарат входят: мундштук, ниппель, наконечник, камера-смеситель, гайки, инжектор, корпус с рукоятью и ниппель для газов. Горелка бывает микромалой, малой, средней и большой мощности (в зависимости от максимально пропускаемого и сжигаемого объема газов в единицу времени). В случае работы полуавтоматом пламени нет как такового;

6. Пост. Пост для сварки – надлежаще обустроенное место для работы. Пост представлен в виде стола с тумбами и местами для хранения инструмента. Пост бывает с поворотной или неповоротной столешницей. Пост поворотный нужен для мелкой работы. Но для работы в большом цеху используется передвижной пост или стационарный, предустановленный пост. ГОСТ требует снабдить пост вытяжкой или постоянным доступом воздуха, так как газосварочное оборудование выделяет опасные пары при плавке. Пост улучшает качество труда – пост не позволяет постоянно нагибаться и стоять в непривычной позиции (на видео представлен образцовый пост для работы).

Технология сварки

Редуктор меняет состав смеси из кислорода и газа (не только ацетилена) — так сварщик меняет характер пламени.

Так получаются 3 типа пламени: восстановительное (для почти всех металлов + для работы в защитных средах), окислительное (обязательна проволока с кремнием и марганцем), с избытком газа (для прочных сплавов).

Металл плавится с небольшим объемом ванны и заметной локализацией тепла, металл плавится довольно быстро и также скоро остывает.

При плавке в ванне проходит восстановление и окисление, причем алюминий и магний окисляются легче всего.

Так как окислы этих металлов не восстанавливают H и CO2, требуется пользоваться флюсом.

Никельные и железные окислы напротив – восстанавливаются легко, потому флюсы для них не требуются.

Вдоль шва расположена зона частичной плавки, в ней прочность меньше, чем в шве, потому в данной точке соединение чаще всего разрушается.

Далее следует участок без кристаллизации с большими зернами, в которой температура плавления уже менее 1200 градусов.

Каждый участок после этого порога при нагревании имеет более нормальную структуру с мелкими зернами.

Для повышения качества шва и всей каймы вокруг него применяется термическая ковка шва или нагрев той же самой горелкой.

Ручная дуговая сварка – это сварка покрытым металлическим электродом. Является наиболее старой и универсальной технологией дуговой сварки.

Технология ручной дуговой сварки

Для образования и поддержания электрической дуги к электроду и свариваемому изделию (см. рисунок) от источника питания подводится сварочный ток (переменный или постоянный).

Рисунок. Ручная дуговая сварка

Если положительный полюс источника питания (анод) присоединен к изделию, говорят, что ручная дуговая сварка производится на прямой полярности. Если на изделии отрицательный полюс, то полярность обратная. Под действием дуги расплавляются металлический стержень электрода (электродный металл), его покрытие и металл изделия (основной металл). Электродный металл в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну, где смешивается с основным металлом, а расплавленный шлак всплывает на поверхность.

Размеры сварочной ванны зависят от режимов и пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия, конструкции сварного соединения, формы и размера разделки свариваемых кромок и т.д. Они обычно находятся в следующих пределах: глубина до 6 мм, ширина 8–15 мм, длина 10–30 мм.

Длина дуги – расстояние от активного пятна на поверхности сварочной ванны до другого активного пятна на расплавленной поверхности электрода. В результате плавления покрытия электрода вокруг дуги и над сварочной ванной образуется газовая атмосфера, оттесняющая воздух из зоны сварки для предотвращения его взаимодействия с расплавленным металлом. В газовой атмосфере также присутствуют пары легирующих элементов, основного и электродного металлов.

Шлак, покрывая капли расплавленного электродного металла и поверхность сварочной ванны, препятствует их взаимодействию с воздухом, а также способствует очищению расплавленного металла от примесей.

По мере удаления дуги металл сварочной ванны кристаллизуется с образованием шва, соединяющего свариваемые детали. На поверхности шва образуется слой затвердевшего шлака.

Способы зажигания дуги при ручной дуговой сварке

Дуга зажигается кратковременным прикосновением конца электрода к свариваемому изделию. В результате протекания тока короткого замыкания и наличия контактного сопротивления торец электрода быстро нагревается до высокой температуры, при которой после отрыва электрода происходит ионизация газового промежутка и возникает сварочная дуга. Для надежного зажигания дуги сварщик должен отводить электрод от изделия на высоту 4–5 мм, так как при большем расстоянии между концом электрода и изделием дуга не возникает.

Обычно зажигание дуги осуществляется либо прямым отрывом электрода после короткого замыкания (А на рисунке ниже), либо скользящим движением конца электрода (Б на рисунке ниже).

Рисунок. Зажигание дуги при ручной дуговой сварке

Ведение дуги производится таким образом, чтобы обеспечить проплавление свариваемых кромок и получить требуемое качество наплавленного металла при хорошем формировании. Это достигается путем поддержания постоянства длины дуги и соответствующего перемещения конца электрода.

Техника ручной сварки в различных пространственных положениях

Техника выполнения ручной дуговой сварки во многом зависит от пространственного положения сварного шва. При сварке различают нижнее (0–60°), вертикальное (60–120°) и потолочное (120–180°) положения (см. рисунок).

Рисунок. Различные положения изделия при ручной дуговой сварке

Ручная дуговая сварка в нижнем положении

При ручной сварке в нижнем положении основная проблема состоит в том, чтобы обеспечить полное проплавление сечения без образования прожогов.

На рисунке приведены различные варианты выполнения швов в нижнем положении. При сварке односторонних швов на весу (рисунок А), как правило, очень трудно избежать непроваров или прожогов, поэтому для односторонних швов обычно применяют способы удержания сварочной ванны:

• сварка на съемной медной подкладке (рисунок Б);

• сварка на остающейся стальной подкладке (рисунок В);

• наложение подварочного шва (рисунок Г);

• вырубка непровара с последующей заваркой корня шва (рисунок Д).

Рисунок. Способы удержания сварочной ванны 
1 – съемная медная подкладка; 2 – остающаяся стальная подкладка; 3 – основной шов; 4 – подварочный шов

Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя способами: при повороте изделия на 45° (так называемое положение «в лодочку») и наклонным электродом (см. рисунок ниже). Сварка «в лодочку» более предпочтительна, так как при сварке наклонным электродом из-за отекания расплавленного металла трудно предупредить подрез по вертикальной плоскости и обеспечить провар по нижней плоскости.

Рисунок. Техника выполнения угловых швов при ручной дуговой сварке: 
А – «в лодочку»; Б – наклонным электродом

Ручная дуговая сварка в вертикальном положении

При ручной сварке в вертикальном положении стекание расплавленного металла также оказывает существенное влияние на формирование шва и глубину проплавления (см. рисунок). Вертикальные швы обычно выполняют на подъем. В этом случае удается обеспечивать требуемый провар и поддерживать расплавленный металл на кромках. Однако производительность сварки низкая и увеличивается при сварке на спуск. Однако из-за малой глубины проплавления это возможно только для тонкого металла и при применении специальных электродов.

Рисунок. Ручная дуговая сварка швов в вертикальном положении

Особенно неблагоприятные условия формирования шва наблюдаются при выполнении на вертикальной плоскости горизонтальных швов, так как расплавленный металл натекает на нижнюю свариваемую деталь.

Ручная дуговая сварка в потолочном положении

Достаточно сложна и ручная сварка в потолочном положении. Расплавленный металл в сварочной ванне в этом случае удерживается от вытекания силой поверхностного натяжения (см. рисунок). Поэтому необходимо, чтобы вес расплавленного металла не превысил эту силу. Для этого стремятся уменьшить размеры сварочной ванны, выполняя сварку периодическими короткими замыканиями, давая возможность металлу шва частично закристаллизоваться. Применяют также уменьшенные диаметры электродов, снижают силу сварочного тока, используют специальные электроды, обеспечивающие получение вязкой сварочной ванны

Рисунок. Формирование ванны и шва при ручной дуговой сварке в потолочном положении

Преимущества ручной дуговой сварки

• возможность сварки в любых пространственных положениях;

• возможность сварки в местах с ограниченным доступом;

• сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому;

• возможность сварки самых различных сталей благодаря широкому выбору выпускаемых марок электродов;

• простота и транспортабельность сварочного оборудования.

Недостатки ручной дуговой сварки

• низкие КПД и производительность по сравнению с другими технологиями сварки;

• качество соединений во многом зависит от квалификации сварщика;

• вредные условия процесса сварки.

П /А сварка в углекислоте.

Существуют самые разные способы сварки, однако к полуавтоматической сварке в среде углекислых газов уже давно проявляется интерес, как среди профессиональных мастеров, так и среди любителей.

В первую очередь, это связанно с тем, что данный метод обладает хорошей универсальностью и высокой производительностью.

Следует отметить и то, что сварка при помощи среды углекислого газа — достаточно дешевый способ делать прочное и достаточно качественное соединение различных металлических поверхностей.

Полуавтоматическая сварка, которая проводится в специально создаваемой среде углекислого газа, нашла широкое применение и в наше время.

Она активно используется в промышленной сфере, при работах на строительных площадках, монтаже самых разных трубопроводов.

Кроме этого, она нашла широкое применение и у домашних умельцев, которые предпочитают всю работу по дому проводить исключительно своими руками.

Это отличный и эффективный способ сделать достаточно прочное сварное соединение листов из нержавейки, а также многих других видов металлов.

Ручная полуавтоматическая сварка, которая проводится в определенной среде углекислого газа, должна в обязательном порядке соответствовать установленному ГОСТ.

Некоторые понятия

Данная ручная сварка, которая проводится полуавтоматом, в среде создаваемого определенным способом углекислого газа, считается одним из самых дешевых способов произвести достаточно качественное соединение металлических поверхностей, в том числе и из нержавейки.

Цена необходимого оборудования достаточно низкая, что и объясняет популярность этого метода.

Она проводится по специальной схеме, которую прописывает соответствующий ГОСТ, а также некоторые другие руководящие документы.

Сущность данного метода получения сварного соединения заключается в том, что в рабочую зону сварки поступает углекислый газ под давлением, который создает определенную защиту, и в результате создаваемой дугой высокой температуры впоследствии распадается на угарный газ, а также кислород. Весь процесс распада происходит по определенной реакции и сопровождается образованием углекислого, угарного газов, а также кислорода.

Данные элементы, которые образуют поток, обеспечивают эффективную защиту сварного соединения, а кроме этого, достаточно активно осуществляют взаимодействие с поверхностью обрабатываемого металла.

Для того чтобы снизить негативное воздействие углекислого газа на металл, в используемую сварочную проволоку дополнительно вводят такие элементы, как кремний и марганец.

При проведении сварочных работ полуавтоматом в специально создаваемой среде углекислого газа для предотвращения процесса окисления на поверхности металла в рабочую зону вводят в свободном состоянии марганец или кремний.

При этом следует учитывать, что количество эти двух элементов в сварной проволоке строго регламентировано. Для того чтобы сварной шов получился максимально прочным и качественным, кремний и марганец в проволоке должны находиться в определенном соотношении. При проведении сварочных работ в среде углекислого газа непосредственно ручным полуавтоматом в определенный момент начинают формироваться оксиды, как кремния, так и марганца.

Вместо растворения в сварочной ванне, данные элементы начинают особым образом реагировать между собой, в результате чего на металлической поверхности начинает образовываться в виде шлака легкоплавкое соединение.

Основные особенности

Ручная сварка с использованием среды защитного газа имеет ряд существенных особенностей, а также некоторые тонкости и нюансы, на которые необходимо обращать внимание в обязательном порядке.

Данный метод получения сварных соединений высокого качества был разработан советскими инженерами около ста лет назад, однако и в наше время не утратил своей актуальности.

Схема выполнения работ относительно несложная и широко используется как на крупных производствах и строительных площадках, так и в бытовых условиях, а также при частном строительстве.

Для данного типа сварки разработан специальный ГОСТ, который обязателен для исполнения, вне зависимости от того, где используется сварка полуавтоматом в углекислой защитной среде.

Работа с металлом в углекислой среде выполняется только постоянным током, который обязательно должен иметь обратную полярность.

Если попробовать выполнить сварное соединение с использованием постоянного тока, но прямой полярности, то это, в первую очередь, отрицательно отразится на стабильности вырабатываемой полуавтоматом электрической дуги.

А во-вторых, приведет к тому, что шов будет формироваться неправильной формы с образованием дефектов, а используемый при данном процессе электрод будет сильно разбрызгиваться, а также образовывать слой угара. В том случае, когда с использованием данного метода сварки выполняется не сварка в прямом понимании этого слова, а наплавка, специалисты настоятельно рекомендуют использовать непосредственно прямую полярность постоянного тока.

Это связано, главным образом, с тем, что используемый в этом конкретном случае коэффициент наплавки практически в два раза выше, чем при применении тока с обратной полярностью.

В некоторых отдельных случаях данный тип сварки можно проводить и при переменном токе.

Однако для этого общая схема сварочного аппарата должна содержать в своем составе специальный осциллятор.

Кроме этого, следует отметить то, что основными источниками постоянного тока при сварке в среде углекислого газа должны быть преобразователи тока, которые имеют жесткие характеристики.

При выполнении сварки с использованием полуавтомата в специально создаваемой защитной среде, состоящей из углекислого газа, необходимо строго контролировать соответствие всех рабочих параметров принятому ГОСТ.

В настоящее время, сварка алюминия в защитной среде аргона является одним из самых распространенных видов сварки алюминия.

Сварка алюминия в среде защитных газов не плавящимися электродами

При сварке алюминия и его сплавов в среде аргона, производящейся не плавящимися (вольфрамовыми) электродами, используется технология сварки алюминия аргоном со следующими параметрами. Применяется аргон либо высшего, либо первого сорта, а также может использоваться гелий высокой чистоты или его смесь с аргоном. Этот вид процесса используют при сварке не длинных швов, и выполнении не больших объемов сварочных работ.