Процесс соединения двух заготовок с помощью их частичного сплавления называют сваркой. Считается, что древние кузнецы пользовались сваркой ещё в бронзовом веке – металл нагревали до высокой температуры, расплавляли и соединяли с холодной деталью с помощью литья. Одним из методов являлось нагревание деталей и соединение их внахлёст, с дальнейшей ковкой. Сваркой можно считать нагрев и соединение деталей с помощью пресса, где сварочный шов формируется пластической деформацией.
Значительное развитие процесс сварки получил в XIX веке, с появлением и применением новых методов нагрева и плавления металлов: электрический ток, дуговой разряд, термические смеси и газокислородное пламя. И даже с появлением лазерной или плазменной сварки, программируемой сварочной техники, в настоящее время человечество пользуется сварочными процессами, открытыми в XIX веке.
Сварка является ведущим технологическим процессом и позволяет соединять самые разные материалы и заготовки. Физической основой сварки является процесс соединения, образующийся за счёт сил взаимодействия атомов.
При сближении поверхностей свариваемых металлов на малое расстояние (составляет доли нм) между заготовками начинает действовать межатомные силы. Если молекулы на поверхности двух кусков металла сближены на расстояние взаимного притяжения, то они способны свариваться – образовывать единое целое, особенно, если сообщить им некоторую тепловую энергию. Действие этих сил хорошо демонстрируется слиянием металлов с малой твёрдостью, которые соединяются при простом сдавливании.
С твёрдыми металлами сложнее обеспечить хорошую плотность соприкосновения, т.к. контакт поверхности происходит в отдельных точках. И даже тщательная шлифовка и полировка не позволяет сблизить молекулы на расстояние взаимодействия, но если кромку соприкосновения металлов частично расплавить или сделать её пластичной, части соединятся.
На процесс соединения в значительной мере влияет качество свариваемой поверхности. Неровная поверхность, плёночные окислы, загрязнения и адсорбционный слой, где происходит «поглощение» молекул окружающей среды твёрдым телом, препятствуют свариванию и ухудшают качество шва.
Для полного исключения влияния адсорбционного слоя предпочтительнее варить в глубоком вакууме, что на практике осуществить невозможно. Но всегда есть возможность защитить шов от влияния с помощью защитной среды – газа или флюса. Для улучшения качества сваривания применяют нагрев и давление, вызывающие пластическую деформацию металла, его течение и кристаллизацию совместно другими слоями.
Всего насчитывается несколько десятков разновидностей сварки, которые можно разделить на два способа: сварку плавлением и сварку давлением.
Сварка давлением – это процесс, позволяющий получить сварное соединение, посредством пластического деформирования кромок металлов. С помощью давления свариваемые кромки объединяются на молекулярном уровне, при этом качество соединения зависит от уровня давления, качества поверхности и способности материала деформироваться при данных условиях.
Примером сварки давлением являются контактная, диффузионная, ультразвуковая, холодная сварка, сварка взрывом и трением. Такой вид сварки применяется для соединения металлов с полупроводниками, керамикой или соединения металлических сплавов.
Сварка плавлением заключается в расплавлении кромок свариваемых заготовок. Находясь в расплавленном состоянии, молекулы металла находятся в жидком состоянии и кристаллизуются в т.н. сварочной ванне. Эффект плавления достигается воздействием на кромки высокой температурой.
Примеры сварки плавлением – газовая, электродуговая, плазменная, лазерная, индукционная, где название метода подчёркивает способ повышения температуры. При сварке плавлением активно используются флюсы и присадочные материалы, которые заполняют пустоты, усиливая полученное соединение.
Выбор способа сварки основывается на характере производства (серия, единичный экземпляр), вида технологической операции, пространственного положения шва, доступности и экономической целесообразности. Имеет значение длина детали – тем длиннее шов, тем выгоднее применение автоматической сварки.
На выбор влияют толщина свариваемых деталей, условия эксплуатации и марка металла или сплава. Кроме традиционных углеродистых сталей широко применяются жаропрочные, коррозионно- и механически устойчивые сплавы, сварка которых имеет свои особенности.
Один из основных способов сварки, где нагрев и расплавление металла выполняется с помощью дугового электрического разряда, возникающего между свариваемым металлом и электродом. Различают ручную (ММА – Manual Metal Arc), полуавтоматическую (MIG/MAG -Metal Inert/Active Gas) и автоматическую дуговую сварку. Сварка выполняется плавящимся электродом, при этом при сварке ММА все операции выполняются вручную, а при MIG/MAG автоматизируется подача электродной проволоки в сварную зону.
Все методы дуговой сварки хорошо поддаются автоматизации. При автоматической дуговой сварке возбуждение дуги и поддержание её параметров (длина дуги, скорость перемещения, подача проволоки, ток, напряжение, характеристики сварочного процесса и т.п.) поддерживаются в заданных значениях. Автоматическая сварка обеспечивает однородность и качество шва по всей длине.
При дуговой сварке наплавленный металл взаимодействует с окружающим воздухом, из-за чего его химический состав и механические свойства ухудшаются. Подача газа (внешняя или из горелки) позволяет менять воздействие на металл шва за счёт регулирования состава газа или состава проволоки.
В качестве защитных газов используются инертные (аргон, гелий) и активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы, их смесь друг с другом, смесь активных и инертных газов. Варьируя параметры смеси, обеспечиваются необходимые свойства шва. Инертные газы обеспечивают защиту от реакции с внешней средой, снижение деформации и внутренних напряжений (аргон) или высокую проплавляемость детали (гелий).
Сварка в активных газах позволяет улучшить свойства дуги, обеспечить глубокое проплавление металла, уменьшить брызги и увеличить производительность. Например, при сварке малоуглеродистой и низколегированной стали, смесь аргона и кислорода позволяет снизить ток и увеличить производительность. Смесь аргона и углекислого газа устраняет пористость в швах, а при добавлении к ним кислорода – снижает брызги, обеспечивает качественное формирование шва при отсутствии пористости.
Сварка под флюсом применяется при цеховом производстве. Способ заключается в горении дуги под защитным слоем флюса – специального химического материала. Применение флюса обеспечивает стабильность дуги, интенсивное плавление металла, защиту материала от окисления, экономное расходование присадочного материала. Флюс так же повышает КПД сварочной установки.
В качестве флюса используют диоксид кремния, марганец, плавиковый шпат, флюсы на основе фторидных и хлоридных солей щелочных металлов, флюсы с легирующими добавками (хром, ванадий, молибден, титан, вольфрам), которые подбираются в зависимости от марки металла и типа сварочного процесса.
Электрошлаковая сварка представляет собой сварку плавлением, где для нагрева используются ток, проходящий через расплавленный шлак. Ток расплавляет основной металл и присадку, при этом шлак действует как изолятор, обеспечивающий медленное остывание шва.
Электрошлаковая сварка используется для сваривания толстостенной стали, нержавейки, никелевых сплавов и тугоплавких материалов.
Источником теплоты в газоплазменной сварке является пламя, образующееся при сгорании газа – ацетилена, пропана, бензола, сжиженного газа и т.д. Выделяемое тепло расплавляет металл и присадку с образованием сварочной ванны.
Газоплазменная сварка обеспечивает повышенную производительность, более узкие и качественные сварочные швы, отсутствие брызг. Здесь не нужна сварочная проволока и мощный источник энергии, газовое сварочное оборудование более простое и позволяет легко регулировать мощность газовой струи.
В лазерной сварке источником теплоты является излучение лазера. Когерентность и монохроматичность лазера обеспечивает малую расходимость луча и возможность его фокусировки для достижения энергии, способной расплавить металл.
Лазерная сварка характеризуется быстрым разогревом и остыванием зоны сварочного шва. Малый размер сварочной ванны обеспечивает малую зону термического влияния и качество соединения, позволяя работать даже с плохо свариваемыми материалами. Лазерная сварка технологична, легко управляется и регулируется, имеет высокую точность и малые дефекты сварных конструкций.
Источником теплоты в плазменной сварке является сфокусированная плазменная дуга, возникающая между электродом и свариваемыми металлическими деталями. Дуга формируется с помощью источника постоянного тока, аргона и плазмотрона – устройства, в котором при протекании тока образуется струя плазмы.
Струя может регулироваться под действием электромагнитных сил. Плазменная сварка характеризуется глубоким проплавлением металла и позволяет сваривать толстостенную сталь и тугоплавкие металлы: нержавейку, вольфрам, молибден, различные сплавы никеля.
Наша компания предлагает сварочные работы различной сложности в г. Челябинск. Подберём вид сварки в зависимости от конкретной задачи и свариваемого металла, обеспечим высокую скорость работ и требуемое качество.
Работаем с металлопрокатом, сталью, алюминием, сплавами цветных металлов, возможна сварка работа ручным способом и на ЧПУ.
