Типы сварочных аппаратов их достоинства. Основные виды сварки

В этой статье: виды сварочных аппаратов, принцип их работы, характеристики, ГОСТы; стоимость сварочных аппаратов; как сделать сварочный аппарат своими руками; критерии выбора сварочного аппарата.

Среди всего строительного оборудования сварочный аппарат занимает особое место хотя бы потому, что ни одна стройка без него не обходится — иного способа надежно соединить металлические конструкции и трубы просто не существует. Что могло бы заменить сварное соединение? Крепление анкерами, болтами или заклепками, соединение труб хомутами — все эти и подобные им способы дают либо временное решение проблемы, либо неприменимы по множеству причин. Сварочные аппараты бывают разных конструкций и типов — трансформаторы, выпрямители, инверторы, генераторы, полуавтоматы — разобраться в этом многообразии поможет данная статья.

Его задача — понижение напряжения из электрической сети до необходимого уровня (ниже 141 V) и регулировка сварочного тока до желаемых значений.

Конструкция любого трансформатора должна соответствовать ГОСТ 95-77, она включает в себя стальной магнитопровод (сердечник) и две обмотки в изоляции — первичную (подключается к сети) и вторичную (соединена с держателем электродов и объектом сварки). В трансформаторах популярной серии ТДМ первичная обмотка жестко соединена с сердечником, катушки вторичной обмотки удалены от катушек первичной (их по две на каждую обмотку) на некоторую дистанцию. Зажигание дуги требует напряжения на вторичной обмотке в диапазоне 55-60 V, для большинства электродов , применяемых при ручной сварке, достаточно 50 V.

Вращением винта с помощью ручки соединенные с сердечником катушки вторичной обмотки перемещаются по вертикали — выполняется настройка сварочного тока до необходимых параметров. При сближении обмоток (рукоять вращают по часовой стрелке) уменьшаются индуктивное сопротивление и магнитный поток рассеивания, сварочный ток при этом возрастает, обратным вращением достигается его уменьшение. Диапазон регулировки сварочного тока: при параллельном соединении катушек в обеих обмотках — 65-460 А, при последовательном — 40-180 А. Рукоятка на крышке трансформатора предназначена для переключения диапазонов тока.

Что происходит в сварочном трансформаторе при подключении его к сети переменного тока? Поступление переменного тока в первичную обмотку вызывает намагничивание сердечника. Пройдя через вторичную обмотку, магнитный поток сердечника вызывает в ней переменный ток более низкого напряжения, чем поступающий на первичную обмотку. При большем количестве витков на вторичной обмотке напряжение будет более высоким, при меньшем — напряжение ниже.

Величина сварочного тока регулируется посредством управляемого индуктивного сопротивления, изменяющего поток магнитного рассеивания. Способов изменения сварочного тока два: перемещаемые катушки (как в трансформаторах ТДМ), магнитные шунты или витковое (ступенчатое) регулирование; дополнение конструкции трансформаторов реактивной катушкой. Выбор способа регулирования зависит от магнитного рассеивания в данном трансформаторе: при повышенном рассеивании используется первый способ регулировки; при нормальном — второй.

КПД сварочных трансформаторов невысок — редко превышает 80% барьер, их вес внушителен. Проводя сварочные работы с этим оборудованием сложно добиться высокого качества шва, разве что использовать особые стабилизирующие электроды, способные улучшить сварной шов. Однако минусы сварочных трансформаторов компенсируются невысокой ценой (от 6 000 руб.) и их неприхотливостью.

Этот аппарат требует подключения к сети постоянного тока. Конструкция выпрямителя включает в себя блок вентилей, трансформатор и дроссель (в некоторых моделях) — исполнение по ГОСТ 13821-77. Наибольшее распространение получили многофазные выпрямители — их габариты гораздо меньше, чем у трансформаторов, поэтому их проще использовать в сварочных работах. Вентили в конструкции выпрямителей могут быть кремниевыми или селеновыми — первый их тип обладает меньшими размерами, но требует дополнительного охлаждения. КПД селеновых вентилей ниже, но они обладают большей устойчивостью к перегрузкам, чем кремниевые.

Регулировка сварочного тока в выпрямителе выполняется тремя способами: увеличением/уменьшением дистанции между обмотками; с помощью дросселя насыщения; обмоток трансформатора, разделенных на секции. Схемы, по которым собираются сварочные выпрямители — трехфазная мостовая и однофазная мостовая с двухполупериодным выпрямлением. Сборка по первой схеме более распространена, т.к. построенный по ней выпрямитель содержит в конструкции меньшее число вентилей — при этом сварочная дуга горит более устойчиво.

Сварочный выпрямитель крайне неустойчив к перегреву — необходимо постоянно следить за исправностью вентиляторов обдува, иначе сварочный аппарат сгорит. Стоимость сварочного выпрямителя — от 12 000 руб.

Состоит из двух основных элементов — генератора постоянного тока и асинхронного двигателя, установленных в одном корпусе (якорь генератора и ротор двигателя установлены на общий вал). Технические требования к конструкции сварочных генераторов приведены в ГОСТ 304-82.

Сварочные генераторы создаются по нескольким схемам, среди которых наиболее популярны две. Первая — обмотка возбуждения независима, размагничивание происходит через последовательную обмотку. Питание такого генератора выполняется через выпрямитель с селеновыми вентилями от сети переменного тока — образуется магнитный поток, индуктирующий напряжение на щетках генератора, что вызывает возбуждение дуги. Изменяя (переключая) на последовательной обмотке число витков, оператор сварки регулирует сварочный ток до необходимых характеристик.

Вторая по популярности схема сварочного генератора — обмотка возбуждения параллельна, обмотка размагничивания последовательна. Для магнитных полюсов таких генераторов требуется ферромагнитная сталь — они должны обладать остаточным магнетизмом. В качестве источника питания используется бензиновый (дизельный) двигатель.

По своим характеристикам сварочные генераторы далеко не идеальны — они дороги (средняя цена — от 50 000 руб.), имеют сложную конструкцию, их КПД низок (0,7), высок расход электроэнергии (5 кВт/ч на кг расплавленного металла). Однако в полевых условиях без них не обойтись — только бензиновые (дизельные) сварочные генераторы обеспечат зажигание и устойчивость дуги в отсутствии электросети.

Этот сварочный агрегат построен на транзисторных электрических схемах. ГОСТ на устройство и рабочие параметры сварочных инверторов в России не разработан — каждый производитель разрабатывает собственные ТУ (технические условия). Принцип его работы таков: переменный ток из электросети поступает в выпрямитель (преобразуясь в постоянный ток), затем в силовой модуль, где постоянный ток вновь становится переменным, но уже с более высокой частотой. Следующий этап — высокочастотный трансформатор, откуда выпрямленное напряжение направляется на сварочную дугу.

Конструкция сварочного инвертора отлична от устройства сварочных трансформаторов и выпрямителей — в ней нет силового трансформатора. Его работа построена на инверсии (фазовом сдвиге) напряжения — усиление тока выполняется каскадом и управляется микропроцессором. Получаемый в результате сварочный ток имеет практически идеальное значение, что качественно влияет на сварочные работы. Электрические блоки силовых схем сварочных инверторов построены на транзисторах MOSFET (МОП — металл/оксид/полупроводник) или IGBT (биполярный транзистор, затвор изолирован).

Преимущества сварочного инвертора: небольшой вес (не более 10 кг) и габариты; высокий КПД — 85-90%; микропроцессор отслеживает малейшие изменения напряжения и тока (залипание электрода в процессе сварки полностью исключено); «тонкая» регулировка сварочного тока в широком диапазоне.

Недостатки: высокая чувствительность к пыли, к сварочным перегрузкам (например, к попыткам разрезать металл внушительной толщины), высокая стоимость — от 9 000 руб.

Исполняется по условиям ГОСТ 18130-79. Состоит из источника питания (обычно сварочный инвертор или выпрямитель), блока управления, механизма подачи и самой сварочной проволоки (d от 0,6 до 2,0 мм), баллона с активным газом (углекислый газ — MAG-сварка или аргон — MIG-сварка). Для работы на этом сварочном аппарате держатель электродов (как сами электроды) не используется — рабочим инструментом здесь служит горелка, через которую подается проволока. Кстати о проволоке для сварочных полуавтоматов — используется нержавеющая, стальная, флюсовая и алюминиевая проволоки (лучше, если с обмеднением). Флюсовая проволока также изготовлена из стали, однако производить сварку с ней можно без создания среды защитного газа.

Подача защитного газа к объекту сварки позволяет вытеснить кислород, не давая тому окислять сварочный шов, тем самым многократно улучшая характеристики сварки.

Преимущества сварочного полуавтомата: достижение прочного сварного шва длиной до нескольких метров, легкая и безопасная сварка тонкого металла (любых марок стали и сплавов алюминия). Блок управления позволяет сохранить заданные режимы сварки, с последующей их активацией.

Недостатки: потребность в громоздких баллонах с газом, высокий расход недешевого инертного газа (в среднем MIG-сварка потребует расхода аргона 9 л/мин).

Средняя стоимость сварочного полуавтомата составляет 11 000 руб. (220 V) и 20 000 руб. (380 V).

Конструкция большинства самодельных сварочных аппаратов требуют для их создания определенных навыков и специфических материалов. Между тем, наиболее простое устройство для сварки в быту можно устроить и без знания электротехники — понадобятся лишь обычные автомобильные аккумуляторы (сойдут и б/у).

Итак, четыре 12-вольтовых аккумулятора или два 24-вольтовых последовательно соединяются электрическими кабелями с зажимами-«крокодилами», к « — » крайнего аккумулятора подсоединяется кабель с держателем сварочных электродов, « + » другого крайнего аккумулятора соединяется через кабель и зажим со свариваемой деталью. Вот и все — просто и эффективно! Такой сварочный аппарат, выполненный своими руками, имеет несколько преимуществ: ровный сварочный шов (нет никаких скачков напряжения), независимость от электросети в процессе сварки. Наконец, по завершении сварочных работ аккумуляторы можно использовать по их прямому назначению — для 3-х мм электрода понадобится ток силой в 90-120 A, т.е. он не потребует и 60% от штатной нагрузки аккумулятора.

Для постоянного использования сварочного аппарата из аккумуляторов понадобится 54-вольтовое зарядное устройство (если аккумуляторов четыре) и зарядный ток в 5 A (если емкость аккумуляторов 55 Ah. Используя самодельный сварочный аппарат из аккумуляторов летом, необходимо периодически доливать в аккумуляторные банки дистиллированную воду (не водопроводную!) — ее уровень будет понижаться из-за испарения. При использовании необслуживаемых аккумуляторов никаких действий с ними выполнять не требуется.

Прежде всего — не полагаться на внушительный вес предлагаемого аппарата. Современные сварочные аппараты по сравнению с «тяжеловесными» трансформаторами имеют в два-три раза меньший вес. Килограммы, составляющие вес аппарата для сварки, особенно ощутимы при частом перемещении от одного объекта работ к другому — если предполагается такое передвижение, то стоит выбрать наиболее легкий сварочный прибор.

От какой сети будет запитан аппарат? На производстве чаще всего это 380 V, в быту — 220 V. Стоит сразу отметить — если напряжение в сети скачкообразно, то лучше выбрать сварочный инвертор, т.к. любой другой сварочный аппарат попросту сгорит.

Какой металл будет свариваться? Для цветного металла или чугуна потребуется сварочный выпрямитель или генератор, т.к. здесь требуется постоянный ток. Для сварочных работ на тонком металле кузова автомобиля лучше подойдет полуавтомат. Сварка черного металла допустима простым сварочным трансформатором.

При выборе конкретной модели обратите внимание, сколько времени может работать данный аппарат без угрозы перегрева — в паспорте эти данные будут указаны под аббревиатурой «ПВ» (продолжительность включения) или «ПВР» (продолжительность времени работы). В России и СНГ эталоном являются 5 минут, в Европе — 10 минут. Т.е. паспортное значение «ПВ» 20% для отечественного сварочного аппарата означает, что работать с ним можно 5 х 20% = 1 минуту, после чего прибору требуется четырехминутный перерыв; для импортного те же 20% означают — 10 х 20% = 2 минуты работы и 8 минут «отдыха». Чем меньше сила сварочного тока, тем выше значение «ПВ» (меньше перегревается аппарат) и наоборот. Оптимальным значением будет «ПВ» 15-20% (в быту), 60% (на производстве).

Выходные параметры сварочного аппарата — чем выше показатели напряжения и выходного тока, тем с более толстым металлом он может работать. С другой стороны при высоких параметрах обмотки аппарата быстрее нагреваются, т.е. его быстрее отключит встроенный термостат, поэтому фактических рабочих циклов будет меньше, а простоев — больше. Правильным будет здесь остановится на приборе с выходными параметрами, превышающими необходимые на 30%.

Абдюжанов Рустам, специально для рмнт.ру

Использование сварки в быту является довольно частым. Сварочные операции производят агрегатом, действующим за счет силового трансформатора, являющегося центральным конструкционным элементом в устройстве.

Агрегаты для сварки имеют не только достоинства, одновременно можно выделить и наличие эксплуатационных недостатков. Использование сварочных инверторов в быту связано с качественным скачком в области сварки. Что же представляет собой данный агрегат?

Особенности работы сварочных инверторов

Выбор инвертора нужной модели определяется соответствующими техническими характеристиками. Отсутствие знаний обо всех конструктивных особенностях сварочных инверторов будет препятствовать качественному выбору. Отличие сварочных инверторов состоит в особой мобильности, то есть их можно с легкостью перемещать по определенной площади и поднимать на определенную высоту.

Универсальный сварочный инвертор позволяет работать с любыми электродами, поддерживающими постоянный или переменный ток. При этом можно использовать неплавящиеся электроды, то есть аргонодуговую сварку. Регулировать силу тока инвертора можно в большом диапазоне. В агрегате предусмотрены специальные функции, которые устройство может с успехом реализовать:

Предотвратить процесс залипания (Arc Force).
Снизить силу тока во время короткого замыкания для минимальных значений (Anti-Sticking).
Обеспечить розжиг для электрода (Hot start).

Недостатки, которые можно выделить:

Длина кабеля должна быть не больше 2,5 м, что является ограничением.
Необходимый температурный диапазон будет определяться типом инвертора.
«Внутренняя» схема нуждается в постоянной очистке от пыли.
Высокая стоимость инвертора, который стоит в два раза дороже, чем трансформатор.

Некоторые из моделей нельзя эксплуатировать в зимних холодных условиях, как и любую электронику. Контраргументом, который противостоит недостаткам, является многофункциональность инвертора и удобство в его работе. Вместе с тем способ усвоения метода работы со сварочным инвертором является наиболее простым, поэтому и доступным многим покупателям.

Инверторы получили широкое применение благодаря разнообразию всех характеристик, помогающих превосходно осуществлять сварку как металлов, так и сплавов. Свойства инверторов зависят от вида сварки, который характерен для определенной модели:

Ручной дуговой.
Автоматической.
Полуавтоматической.

Инвертор выполняет не только процесс сварки металлов, но и резки. Устройство инвертора отличается по своим конструктивным особенностям в зависимости от типа сварки.

Основные технические характеристики инверторов

Показатель мощности выступает одной из основных технических характеристик, присущих любой модели инвертора. За счет показателя потребляемой мощности определяются значения величины показателя и диапазона его изменений, в пределах которых происходит изменение значений тока. Максимальным значением тока для сварки является показатель, превышающий 300 А. Если инвертор с показателем малой мощности, то регулировка технических характеристик происходит в диапазоне 10-130 А.

Максимальный ток при сварке может не только влиять на скорость сварки, но и позволяет использовать сварочные электроды с разным размером диаметра. Это автоматический процесс, поскольку регулирование скорости сварки не связано с ее указанием на датчиках прибора.

За счет повышенного сварочного тока возможен быстрый переход металлического состава электрода на свариваемую кромку. Производительность сварки не зависит от ее скорости. Это связано с тем, что сварочный процесс больше ориентирован на настройки и подгонку необходимых для сварки деталей. На это может уйти очень много времени, как и на то, чтобы удалить шлак, накопившийся на сварочных швах.

Присущие агрегату для сварки технические характеристики, которые способны защитить его от воздействий извне, сводятся к свойствам:

Противоударности.
Влагозащищенности.
Пылезащищенности.

Для каждой модели инвертора предусмотрен уровень температурного рабочего диапазона, определяемого в процессе производства агрегата. Если помещение является холодным, то после хранения в нем инверторов может не произойти их включения.

Специфические технические характеристики инверторов

Устройствам присущ ряд важных характеристик, позволяющих осуществлять резку по металлу способом воздушно-дугового вида резки.

Их можно одновременно применять в процессе ручной сварки. С этой целью осуществляют настройку сварочного тока, выбрав значение полярности. Расчет бытового устройства необходим в получасовом интервале при условии непрерывного горения дуги.

Если интервал непрерывного процесса работы выбран небольшой, то это позволяет использовать силовые элементы с транзисторными ключами, имеющими малую мощность. Эти технические характеристики являются определяющими для стоимости сварочных инверторов и их размеров.

Наличие иных характеристик устройства инвертора и его возможностей не будет оказывать влияние на качество сварных швов после того, как будет окончена работа агрегата. Разделение различных моделей инверторов по данному признаку считается условным.

Принцип работы сварочного оборудования

Технические характеристики промышленных и бытовых приборов

В процессе работы современного инвертора используется принцип двойного преобразования. Если не вникать во все нюансы работы агрегата, в которых может разобраться только специалист, можно остановиться на основном моменте, связанном с параметром частоты переменного тока. На входе агрегата ток выпрямляется, а затем, пройдя фильтр, он переходит на транзисторную сборку, где происходит его преобразование. Поэтому вырабатываемый ток высокой частоты будет иметь параметры, которые определяются видом модели.

Максимальным значением тока в/ч является 50 кГц. Этот результат связан с особенностью, которая сводится к скачкообразным повышениям силы тока. По этой причине в аппаратах для сварки применяются малогабаритные трансформаторы с небольшим весом. Обычный сварочный аппарат и трансформатор инвертора имеют разницу в весе, которая колеблется в интервале нескольких десятков раз, что и определяет небольшие габариты устройства.

Инверторы могут использоваться не только в промышленных условиях, но и в быту, так как предусмотрены различные виды сварки. Данный критерий позволяет разделить инверторы на четыре основных типа, из которых для бытовой сварки пригодно только устройство, имеющее аббревиатуру ММА («ручная дуговая»). Предназначение других типов инверторов связано с более сложным технологическим процессом сварки.

Электроды, применяемые в устройстве ММА для сварки в быту, могут быть обычными, все зависит от размера элемента. Толщина свариваемого металла определяется маркой электрода, то есть его сечением.

Учитывая параметры, которые определяют напряжение и мощность прибора, лучше всего воспользоваться аппаратом, подключаемым к обычным розеткам. В любом случае рассчитаны они на приборы, имеющие мощность не больше 4 кВт. На это и требуется опираться при покупке сварочных инверторов, поскольку при этом не надо будет производить установку отдельной розетки, ограничивая возможную мобильность устройства, так как оно везде может понадобиться.

Вместе с тем требуется уделить внимание параметру частоты силы тока: чем данный показатель больше, тем прибор более легок и компактен. Будет достаточно параметра силы тока максимум 160 А.

Способность прибора к постоянной работе сводится к одной операции по сварке за 15 минут, после чего можно начинать следующую. Чем выше напряжение прибора при «холостом ходе», тем дуга загорается легче. Среди добавочных функций можно выделить выпрямление тока, в результате чего при нагреве металла получается высококачественный шов.

Поскольку перемещать инвертор можно путем ручной переноски, к агрегату прилагают дополнительно «чемоданчик». Данный вид прибора «не любит» пыли и грязи, поэтому требуется уделить особое внимание этому моменту, выяснив у продавца особенности ухода за инвертором. Вместе с тем следует поинтересоваться о возможности ремонта агрегата.

Как правильно выбрать инвертор?

При покупке следует подготовиться к худшему. Если учитывать данное правило, то оно никогда не подведет, поэтому предварительно следует задать соответствующий вопрос продавцу о том, где данную модель можно отремонтировать, проведя сервисное обслуживание и гарантийный ремонт.

Для любого обычного человека понятно, что никто не станет делать ремонт прибора, если он не обеспечен соответствующими гарантийными обязательствами. Поэтому перед покупкой следует задать все соответствующие вопросы продавцу, которые должны быть связаны со взаимоотношением изготовителя и магазина.

Все технические и общие вопросы должны выясняться с особенной тщательностью, иначе время нахождения агрегата на гарантийном ремонте может увеличиться. Все указанные выше аспекты должны быть предусмотрены с целью, чтобы соответствующий выбор был сделан и новичком, а не только профессионалом.

К другим свойствам сварочных инверторов относятся такие, которые неподготовленным покупателям не будут полезны. Если возникли какие-либо сомнения в процессе выбора инвертора, то целесообразным будет разговор с экспертом-практиком. Необходимо осмысливать, что, делая оценку сварочных инверторов по определенной технической характеристике, к наилучшему выбору можно и не прийти. Необходимо тщательно и всесторонне исследовать свойства прибора, выяснив способы наилучшего его применения, ориентируясь сначала на цель покупки аппарата.

Одним делом является каждодневная профессиональная работа, а другим — использование устройства в быту. Возможно, что прибор будет применяться не часто, а только с целью проведения легких операций. Платить излишние средства за многофункциональный сварочный инвертор, потенциал которого не будет применяться на практике, смысла нет.

Как правильно прочитать перечень характеристик?

Для более полной технической характеристики нужен перечень, который предусматривает каждый элемент с единицами измерения. Приведена таблица для модели KEMPPI MINARC EVO150.

Например, в строке таблицы информация «Рном при Iмакс ПВ 35%TIG 150 A / 3,2 кВт» читается следующим образом. При использовании дуговой сварки максимальный уровень силы тока составляет 150 А, а номинальная мощность при данной силе тока — 3,2 кВт, если нагрузка равна (ПВ) 35% в среде защищенного газа. Данное устройство должно иметь эффективную систему охлаждения.

Питающая сеть должна иметь уровень напряжения и соответствующую частоту, которые определены теми значениями, являющимися характерными именно для РФ. Сварочный инвертор имеет предел допустимого уровня при падении напряжения, составляющий 180 В. Необходимая сила тока при сварке поддерживается плавной настройкой аппарата либо стабилизатором, который в него встроен.

Расшифровка аббревиатуры характеристик аппарата

Рассмотрим значения характеристик, которые связаны с аббревиатурой MMA, TIG, MIG/MAG, PAC, ПВ. Характеристики инвертора, обозначаемые аббревиатурой TIG, ПВ и ММА, требуется рассмотреть отдельно. TIG (tungsten inert gas) означает в переводе с английского: дуговой метод сварки с использованием электрода на присадке, который является тугоплавким. При защитной среде аргона либо иных видов газа, являющихся инертными. Этот вид электрода применим при сварке металлов или сплавов.

ПВ — означает продолжительность включения. Значение данного параметра указывается в процентах и определяется отношением продолжительности рабочего времени в условиях нагрузки к общему времени, которое включает всю сумму времени работы устройства под нагрузкой, а также паузы.

Общее время составляет значение, равное 5 минутам. Оптимальным значением ПВ, достигающим 80%, принято считать 1 минуту перерыва и 4 минуты работы. Если время работы под нагрузкой увеличивается, то это приводит к тому, что срабатывает тепловая защита в блоке управления агрегатом. Обозначение ММА расшифровывается как metal manual arc, что в переводе с английского читается как «сварка ручная со сменным электродом».

Например, если рассматривать в приведенной выше таблице строку с содержанием «Рвых. (to = 40°C) ММА ПВ 100% 100A / 24,0В», то она будет иметь информацию о выходной мощности сварочного аппарата Рвых. включая ее показатели в процессе непрерывной работы за счет сменных электродов в ручном режиме при полной нагрузке, равной 5 мин, при силе тока 100 А и напряжении 24 В.

Охлаждение радиатора происходит при температуре 40 градусов по Цельсию в окружающей среде. Сопоставляя одноименные значения, указанные в перечне для разных моделей, реально сделать вывод о том, насколько являются эффективными показатели, присущие системе охлаждения.

В характеристиках разных приборов может содержаться аббревиатура: PAC, MIG или MАG (metal inert/active gas), что в переводе с английского означает полуавтоматическую сварку с использованием проволоки при наличии среды инертных газов с защитной функцией, например аргона либо углекислого, являющегося активным. В устройствах, оснащенных данной функцией, имеется:

Сварочная горелка для режима работы на автомате.
Механизмы для подачи проволоки.
Шланг, отвечающий за подачу газа при наличии отсекающего клапана.

Последний элемент синхронизируется с работой системы подачи газа туда, где крепится баллон с газом.

Под аббревиатурой РАС (plasma arc cutting) подразумевают плазменно-дуговую резку. Этот метод связан с процессом удаления из зоны работы сварочной дуги сплава через сопло при сжатом воздухе. Использование кислорода на основе подогрева для наибольшей эффективности позволяет в достаточной степени повысить скорость реза и его качество.

Следует отдельно рассмотреть значения аббревиатуры для составляющих элемента, то есть их технические характеристики.

1. Физические основы сварки

Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения материалов за счёт образования атомной связи. Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии.

На первой стадии необходимо сблизить поверхности свариваемых материалов на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 А). Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются при сжатии даже значительными усилиями. Соединению материалов мешает их твердость, при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно они не были обработаны. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности - окислы, жировые пленки и пр., а также слои абсорбированных примесных атомов. Ввиду указанных причин выполнить условие хорошего контакта в обычных условиях невозможно. Поэтому образование физического контакта между соединяемыми кромками по всей поверхности достигается либо за счёт расплавления материала, либо в результате пластических деформаций, возникающих в результате прикладываемого давления. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате поверхность раздела между деталями исчезает и образуется либо атомная металлическая связи (свариваются металлы), либо ковалентная или ионная связи (при сварке диэлектриков или полупроводников). Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения различают три класса сварки: сварка плавлением, сварка давлением и термомеханическая сварка (рис. 1.25).

Рис. 1.25.

К сварке плавлением относятся виды сварки, осуществляемой плавлением без приложенного давления. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и «джоулево тепло». В этом случае расплавы соединяемых металлов объединяются в общую сварочную ванну, а при охлаждении происходит кристаллизация расплава в литой сварочный шов.

При термомеханической сварке используется тепловая энергия и давление. Объединение соединяемых частей в монолитное целое осуществляется за счет приложения механических нагрузок, а подогрев заготовок обеспечивает нужную пластичность материала.

К сварке давлением относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. В результате металл деформируется и начинает течь, подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязненный слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала, которые и вступают в химическое взаимодействие.

2. Основные виды сварки

Ручная электродуговая сварка. Электрическая дуговая сварка в настоящее время является важнейшим видом сварки металлов. Источником тепла в данном случае служит электрическая дуга между двумя электродами, одним из которых является свариваемые заготовки. Электрическая дуга является мощным разрядом в газовой среде.

Процесс зажигания дуги состоит из трех стадий: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на 3-5 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание производится с целью разогрева электрода (катода) до температуры интенсивной экзо- эмиссии электронов.

На второй стадии эмитированные электродом электроны ускоряются в электрическом поле и вызывают ионизацию газового промежутка «катод-анод», что приводит к возникновению устойчивого дугового разряда. Электрическая дуга является концентрированным источником тепла с температурой до 6000 оС. Сварочные токи достигают 2-3 кА при напряжении дуги (10-50) В. Наиболее часто применяется дуговая сварка покрытым электродом. Это ручная дуговая сварка электродом, покрытым соответствующим составом, имеющим следующее назначение:

1. Газовая и шлаковая защита расплава от окружающей атмосферы.

2. Легирование материала шва необходимыми элементами.

В состав покрытий входят вещества: шлакообразующие - для защиты расплава оболочкой (окислы, полевые шпаты, мрамор, мел); образующие газы СО2, СН4, ССl4; легирующие - для улучшения свойств шва (феррованадий, феррохром, ферротитан, алюминий и др.); раскислители - для устранения окислов железа (Ti, Mn, Al, Si и др.) Пример реакции раскисления : Fe2O3+Al = Al2O3+Fe.

Рис. 1.26. : 1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - флюсовая корочка, 4 - газовая защита, 5 - электрод, 6 - покрытие электрода, 7 - сварная ванна

Рис. 1.26 иллюстрирует сварку покрытым электродом. По указанной выше схеме между деталями (1) и электродом (6) зажигается сварочная дуга. Обмазка (5) при расплавлении защищает сварочный шов от окисления, улучшает его свойства путем легирования. Под действием температуры дуги электрод и материал заготовки плавятся, образуя сварную ванну (7), которая в дальнейшем кристаллизуется в сварной шов (2), сверху последний покрывается флюсовой корочкой (3), предназначенной для защиты шва. Для получения качественного шва сварщик располагает электрод под углом (15-20)0 и перемещает его по мере расплавления вниз для сохранения постоянной длины дуги (3-5) мм и вдоль оси шва для заполнения разделки шва металлом. При этом обычно концом электрода совершают поперечные колебательные движения для получения валиков требуемой ширины.

Автоматическая сварка под флюсом.

Широко применяют автоматическую сварку плавящимся электродом под слоем флюса. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности. При сварке под флюсом металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около2/3) и лишь примерно 1/3 за счет электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге. Сварка под слоем флюса производится голой электродной проволокой, которая с катушки подается в зону горения дуги сварочной головкой автомата, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равномерно покрывает шов, образуя твердую корочку шлака.

Таким образом, автоматическая сварка под слоем флюса отличается от ручной сварки по следующим показателям: стабильное качество шва, производительность в (4-8) раз больше, чем при ручной сварке, толщина слоя флюса - (50-60) мм, сила тока - (1000-1200) А, оптимальная длина дуги поддерживается автоматически, шов состоит на 2/3 из основного металла и на 1/3 дуга горит в газовом пузыре, что обеспечивает отличное качество сварки.

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка является принципиально новым видом процесса соединения металлов, изобретенном и разработанным в ИЭС им. Патона. Свариваемые детали покрываются шлаком, нагреваемом до температуры, превышающей температуру плавления основного металла и электродной проволоки.

На первой стадии процесс идет так же, как и при дуговой сварке под флюсом. После образования ванны из жидкого шлака горение дуги прекращается и оплавление кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав. Электрошлаковая сварка позволяет сваривать большие толщи металла за один проход, обеспечивает большую производительность, высокое качество шва.

Рис. 1.27. :

1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - расплавленный шлак, 4 - ползуны, 5 - электрод

Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 1.27. Сварку ведут при вертикальном расположении деталей (1), кромки которых так же вертикальны или имеют наклон не более 30 o к вертикали. Между свариваемыми деталями устанавливают небольшой зазор, куда насыпают порошок шлака. В начальный момент зажигается дуга между электродом (5) и металлической планкой, устанавливаемой снизу. Дуга расплавляет флюс, который заполняет пространство между кромками свариваемых деталей и медными формующими ползунами (4), охлаждаемыми водой. Таким образом, из расплавленного флюса возникает шлаковая ванна (3), после чего дуга шунтируется расплавленным шлаком и гаснет. В этот момент электродуговая плавка переходит в электрошлаковый процесс. При прохождении тока через расплавленный шлак выделяется джоулево тепло. Шлаковая ванна нагревается до температур (1600-1700) 0С, превышающих температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет кромки свариваемых деталей и погруженный в шлаковую ванну электрод. Расплавленный металл стекает на дно шлаковой ванны, где и образует сварочную ванну. Шлаковая ванна надежно защищает сварочную ванну от окружающей атмосферы. После удаления источника тепла, металл сварочной ванны кристаллизуется. Сформированный шов покрыт шлаковой коркой, толщина которой достигает 2 мм.

Повышению качества шва при электрошлаковой сварке способствует ряд процессов. В заключение отметим основные преимущества электрошлаковой сварки.

Газовые пузыри, шлак и легкие примеси удаляются из зоны сварки по причине вертикального расположения сварного устройства.

Большая плотность сварного шва.

Сварной шов менее подвержен трещинообразованию.

Производительность электрошлаковой сварки при больших толщинах материалов почти в 20 раз превышает аналогичный показатель автоматической сварки под флюсом.

Можно получать швы сложной конфигурации.

Этот вид сварки наиболее эффективен при соединении крупногабаритных деталей типа корпусов кораблей, мостов, прокатных станов и пр.

Электронно-лучевая сварка.

Источником тепла является мощный пучок электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Быстрые электроны, внедряясь в заготовку, передают свою энергию электронам и атомам вещества, вызывая интенсивный разогрев свариваемого материала до температуры плавления. Процесс сварки осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокое качество шва. Ввиду того что электронный луч можно сфокусировать до очень малых размеров (менее микрона в диаметре), данная технология является монопольной при сварке микродеталей.

Плазменная сварка.

При плазменной сварке источником энергии для нагрева материала служит плазма - ионизованный газ. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей. В электрическом поле электроны и ионы ускоряются, то есть увеличивают свою энергию, а это эквивалентно нагреванию плазмы вплоть до 20-30 тыс. градусов. Для сварки используются дуговые и высокочастотные плазмотроны (см. рис. 1.17 - 1.19). Для сварки металлов, как правило используют плазмотроны прямого действия, а для сварки диэлектриков и полупроводников применяются плазмотроны косвенного действия. Высокочастотные плазмотроны (рис. 1.19) так же применяются для сварки. В камере плазмотрона газ разогревается вихревыми токами, создаваемыми высокочастотными токами индуктора. Здесь нет электродов, поэтому плазма отличается высокой чистотой. Факел такой плазмы может эффективно использоваться в сварочном производстве.

Диффузионная сварка.

Способ основан на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов при высоком вакууме. Высокая диффузионная способность атомов обеспечивается нагревом материала до температуры, близкой к температуре плавления. Отсутствие воздуха в камере предотвращает образование оксидной пленки, которая смогла бы препятствовать диффузии. Надежный контакт между свариваемыми поверхностями обеспечивается механической обработкой до высокого класса чистоты. Сжимающее усилие, необходимое для увеличения площади действительного контакта, составляет (10-20) МПа.

Технология диффузионной сварки состоит в следующем. Свариваемые заготовки помещают в вакуумную камеру и сдавливают небольшим усилием. Затем заготовки нагревают током и выдерживают некоторое время при заданной температуре. Диффузионную сварку применяют для соединения плохо совместимых материалов: сталь с чугуном, титаном, вольфрамом, керамикой и др.

Контактная электрическая сварка.

При электрической контактной сварке, или сварке сопротивлением, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением. Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве. По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

Стыковая контактная сварка.

Это вид контактной сварки, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Детали зажимают в электродах-губках, затем прижимают друг к другу соединяемыми поверхностями и пропускают сварочный ток. Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и др. детали по всей площади их торцов. Существует два способа стыковой сварки:

Сопротивлением: в стыке происходит пластическая деформация и соединение образуется без расплавления металла (температура стыков 0,8-0,9 от температуры плавления).

Оплавлением: детали соприкасаются в начале по отдельным небольшим контактным точкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными плёнками выдавливается из стыка.

Таблица 1.4

Параметры машин для стыковой сварки

Тип машин	W,(кВА)	U раб,(В)	Сварок в час.	F,(кН)

Обозначения столбцов: W - мощность машины, Uраб - рабочее напряжение, производительность, F - усилие сжатия свариваемых деталей, S - площадь свариваемой поверхности.

Температура нагрева и сжимающее давление при стыковой сварке взаимосвязаны. Как следует из рис. 1.28, усилие F значительно уменьшается с ростом температуры нагрева заготовок при сварке.

Шовная контактная сварка.

Разновидность контактной сварки, при которой соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва. При шовной сварке образование непрерывного соединения (шва) происходит последовательным перекрытием точек друг за другом, для получения герметичного шва точки перекрывают друг друга не менее чем на половину их диаметра. На практике применяется шовная сварка:

Непрерывная;

Прерывистая с непрерывным вращением роликов;

Прерывистая с периодическим вращением.

Рис. 1.28.

Шовная сварка применяется в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Осуществляется на переменном токе силой (2000-5000) А. Диаметр роликов равен (40-350) мм, усилие сжатия свариваемых деталей достигает 0,6 т, скорость сварки составляет (0,53,5) м/мин.

Точечная контактная сварка.

При точечной сварке соединяемые детали обычно располагаются между двумя электродами. Под действием нажимного механизма электроды плотно сжимают свариваемые детали, после чего включается ток. За счёт прохождения тока свариваемые детали быстро нагреваются до температуры сварки. Диаметр расплавленного ядра определяет диаметр сварной точки, обычно равный диаметру контактной поверхности электрода.

В зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым деталям точечная сварка может быть двусторонней и односторонней.

При точечной сварке деталей разной толщины образующееся несимметричное ядро смещается в сторону более толстой детали и при большом различии в толщине не захватывает тонкой детали. Поэтому применяют различные технологические приёмы, обеспечивающие смещение ядра к стыкуемым поверхностям, усиливают нагрев тонкого листа за счёт накладок, создают рельеф на тонком листе, применяют более массивные электроды со стороны толстой детали и др.

Разновидностью точечной сварки является рельефная сварка, когда первоначальный контакт деталей происходит по заранее подготовленным выступам (рельефам). Ток, проходя через место касания всех рельефов с нижней деталью, нагревает их и частично расплавляет. Под давлением рельефы деформируются, и верхняя деталь становится плоской. Этот способ применяют для сварки деталей небольших размеров. В табл. 1.5 приведены характеристики машин для точечной сварки.

Таблица 1.5

Характеристики машин для точечной сварки

Тип машины	W,(кВА)	U раб,(В)	D,(мм)	F,(кН)	Сварок в час

Обозначения столбцов: W - мощность машины, ираб - рабочее напряжение, D - диаметр электрода, F - усилие сжатия свариваемых деталей, сварок в час - производительность.

Точечная конденсаторная сварка.

Одним из распространенных видов контактной сварки является конденсаторная сварка или сварка запасённой энергией, накопленной в электрических конденсаторах. Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения (генератора или выпрямителя), а затем в процессе разрядки преобразуется в теплоту, используемую для сварки. Накопленную в конденсаторах энергию можно регулировать изменением ёмкости конденсатора (С) и напряжения зарядки (U).

Существует два вида конденсаторной сварки:

Бестрансформаторная (конденсаторы разряжаются непосредственно на свариваемые детали);

Трансформаторная (конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора, во вторичной цепи которого находятся предварительно сжатые свариваемые детали).

Принципиальная схема конденсаторной сварки приведена на рис. 1.29.

Рис. 1.29. : Тр - повышающий трансформатор, В - выпрямитель, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - сопротивление свариваемых деталей, К - ключ- переключатель

В положении переключателя 1 конденсатор заряжается до напряжения U0. При переводе переключателя в поз. 2 конденсатор разряжается через контактное сопротивление свариваемых деталей. При этом возникает мощный импульс тока.

Напряжение с конденсатора подается на заготовку через точечные контакты площадью ~ 2 мм. Возникающий при этом импульс тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца разогревает область контакта до рабочей температуры сварки. Для обеспечения надежного прижимания свариваемых поверхностей через точечные электроды на детали передается механическое напряжение порядка 100 МПа.

Основное применение конденсаторной сварки состоит в соединении металлов и сплавов малых толщин. Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность.

Для определения эффективности сварки оценим максимальную температуру в области контакта свариваемых деталей (Тmax).

Ввиду того что длительность импульса разрядного тока не превышает 10 -6 с, расчет проведен в адиабатическом приближении, то есть пренебрегая теплоотводом из области протекания тока.

Принцип контактного нагрева деталей представлен на рис. 1.30.

Рис. 1.30.: 1 - свариваемые детали толщиной d = 5*10 -2 см, 2 - электроды площадью S= 3*10 -2 см, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - контактное сопротивление

Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность, которая составляет (0,1-0,2) кВА. Продолжительность импульса сварочного тока - тысячные доли секунды. Диапазон свариваемых толщин металла находится в пределах от 0,005 мм до 1 мм. Конденсаторная сварка позволяет успешно соединять металлы малых толщин, мелкие детали и микродетали, плохо различимые невооруженным глазом и требующие при сборке применения оптических приборов. Этот прогрессивный способ сварки нашел применение в производстве электроизмерительных приборов и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов и т.д.

Холодная сварка .

Соединение заготовок при холодной сварке осуществляется путем пластического деформирования при комнатной и даже при отрицательных температурах. Образование неразъемного соединения происходит в результате возникновения металлической связи при сближении соприкосающихся поверхностей до расстояния, при котором возможно действие межатомных сил, причем в результате большого усилия сжатия пленка окислов разрывается и образуются чистые поверхности металлов.

Свариваемые поверхности должны быть тщательно очищены от адсорбированных примесей и жировых пленок. Холодной сваркой могут быть выполнены точечные, шовные и стыковые соединения.

На рис. 1.31 представлен процесс холодной точечной сварки. Листы металла (1) с тщательно зачищенной поверхностью в месте сварки помещают между пуансонами (2), имеющими выступы (3). Пуансона сжимают с некоторым усилием Р, выступы (3) вдавливаются в металл на всю их высоту, пока опорные поверхности (4) пуансонов не упрутся в наружную поверхность свариваемых заготовок.

Рис. 1.31.

Холодной сваркой выполняют соединения проволок, шин, труб внахлест и встык. Давление выбирают в зависимости от состава и толщины свариваемого материала, в среднем оно составляет (1-3) ГПа.

Индукционная сварка.

Этим способом преимущественно сваривают продольные швы труб в процессе их изготовления на непрерывных станах и наплавляют твердые сплавы на стальные основания при изготовлении резцов, буровых долот и другого инструмента.

При этом способе металл нагревается пропусканием через него токов высокой частоты и сдавливается. Индукционная сварка удобна тем, что она бесконтактна, токи высокой частоты локализуются вблизи поверхности нагреваемых заготовок. Подобные установки работают следующим образом. Ток высокочастотного генератора подводится к индуктору, который индуцирует вихревые токи в заготовке, и труба разогревается. Станы подобного типа успешно применяют для изготовления труб диаметром (12-60) мм со скоростью до 50 м/мин. Питание током производится от ламповых генераторов мощностью до 260 кВт при частоте 440 кГц и 880 кГц. Изготавливаются так же трубы больших диаметров (325 мм и 426 мм) с толщиной стенки (7-8)мм, со скоростью сварки до (30-40) м/мин.

Особенности сварки различных металлов и сплавов

Под свариваемостью понимают способность металлов и сплавов образовывать соединение с теми же свойствами, что и свариваемые металлы, и не иметь дефектов в виде трещин пор, каверн и неметаллических включений.

При сварке почти всегда возникают остаточные сварочные напряжения (как правило, растягивающие в шве и сжимающие в основном металле). Для стабилизации свойств соединения необходимо снизить эти напряжения.

Сварка углеродистых сталей.

Электродуговая сварка углеродистых и легированных сталей ведется электродными материалами, обеспечивающими необходимые механические свойства. Основная трудность при этом заключается в закалке околошовной зоны и в образовании трещин. Для предупреждения образования трещин рекомендуется:

1) производить подогрев изделий до температур (100-300) 0С;

2) заменять однослойную сварку многослойной;

3) применять электроды с покрытием (сварку ведут на постоянном токе обратной полярности);

4) производить отпуск изделия после сварки до температуры 300 0С.

Сварка высокохромистых сталей.

Высокохромистые стали, содержащие (12-28) % Cr, обладают нержавеющими и жаропрочными свойствами. В зависимости от содержания хрома и углерода высокохромистые стали по структуре делятся на ферритовые, ферритно- мартенситные и мартенситные.

Трудности при сварке ферритовых сталей связаны с тем, что в процессе охлаждения в области 1000 0С возможно выпадение на границах зерен карбида хрома. Это снижает коррозионную стойкость стали. Для предотвращения указанных явлений необходимо:

1) применять пониженные значения тока с целью обеспечения больших скоростей охлаждения при сварки;

2) вводить в сталь сильные карбидообразователи (Ti,Cr, Zr, V);

3) производить отжиг после сварки при 900 0С для выравнивания содержания хрома в зернах и на границах.

Феррито-мартенситные и мартенситные стали рекомендуется сваривать с подогревом до (200-300) 0С.

Сварка чугуна.

Сварка чугуна производится с подогревом до (400-600) 0С. Сварку ведут чугунными электродами диаметром (8-25) мм. Хорошие результаты дает диффузионная сварка чугуна с чугуном и чугуна со сталью.

Сварка меди и ее сплавов.

На свариваемость меди негативное влияние оказывают примеси кислорода, водорода, свинца. Наиболее распространена газовая сварка. Перспективна дуговая сварка угольными и металлическими электродами.

Сварка алюминия.

Сварке препятствует оксидная пленка Al2O3. Только применение флюсов (NaCl, RCl, LiF) позволяет растворить оксид алюминия и обеспечить нормальное формирование сварного шва. Хорошо сваривается алюминий диффузионной сваркой.

Сварку называют технологичным процессом по созданию единства между двумя соединёнными сварными частями с помощью межатомного взаимодействия, произошедшего при помощи нагревательной операции (общей и местной), пластичном образовании или объединённости этих двух составляющих. Сегодня существует множество видов сварки (количество их видов близко к 100), характеристика которых позволяет классифицировать на физическую, техническую и технологическую разновидности. Остановимся на каждой более подробно.

Сближение поверхностей веществ происходит на расстоянии действующих сил при межатомном взаимодействии (примерно в 3А). Обычно металлические материалы в комнатных температурных режимах не взаимодействуют ни при каких условиях, даже с помощью значительных усилий. Сцеплению элементов противодействует их твёрдость.

В момент сближения контактируют они в немногих местах, даже если их и обработали. На соединение оказывают влияние многие факторы по загрязнению поверхностей в виде окисей, плёночных образований жира и других. Кроме того, абсорбированность примесей. Поэтому хорошая контактность в обычных условиях невозможна.

Физический контакт всей поверхности возможен из-за расплава вещества, пластической деформации, возникшей под действием сдавливаемых операционных действий.

Вторая стадия подразумевает осуществление электронных взаимодействий атомов соединённых компонентов. Всё это способствует прекращению разделительных процессов с образованием атомно-металлических связей (при сваривании металлов) или связей ковалентного/ионного типа (сваривание диэлектрических или полупроводниковых соединений). По физическому признаку сварку подразделяют на 3 категории.

Взаимопроникновение для этих видов сварки осуществляется при помощи процедур:

распайки;
сдавления;
термомеханических.

В первую относят сварки, осуществляемые при плавлении, не беря во внимание сдавленность. Теплоту обеспечивают детали в виде сварочных дужек, газового пламени, лучевых источниках энергетического характера и «джоулева тепла». Расплав соединённых металлических объектов находится внутри сварочных ванных ёмкостей, которые способствуют кристаллизационным процессам во время охлаждения соединять швы. Это возможно сделать методом mig/mag при воздействии инертных газов.

Вторая включает виды сварки под давлением. Происходит деформация, из-за чего получают текучесть жидкого металла. Затем он растекается по поверхности, способствуя исчезновению загрязнённости слоёв. Непосредственность соприкосновения достигается вследствие вступления свежих слоёв объекта в химические взаимодействия.

Третья осуществляется при поддержке тепловой энергии и сдавления. Механические нагрузки способствуют соединению частей в монолит, пластичность материала обеспечивается из-за обогрева заготовочных элементов.

Важность технологических свойств

Техничность обеспечивают:

защищённость металлического компонента в сварочном шве;
бесперебойность процессов;
механизация сварочного процесса.

Основные виды сварки бывают:

воздушными;
вакуумными;
защитно-газовыми;
под флюсными;
по флюсными;
пенными;
комбинарно - защитными.

В зависимости от характера заменяемости. Какие же виды сварки способны нам помочь? Заменять защитный газ возможно активными газами (углекислым, азотным, водородным, водяным паром и смесью активных газов) - mig, инертными газами (аргонным, гелийным и их смесью) – mag и совокупностью активных и инертных газов.

Расплавленность металлического объекта делят на струйные и контролируемо-атмосферные. Струйные способствуют защитной реакции расплавленного вещества на сварной дужке. Характеризуются односторонностью действий, поэтому так же и названы. Если защищённость от сварочной дужки с корнем шва, то двусторонностью с таким же названием.

Непрерывности характера операций. Включает виды сварки плавлением, состоящие в беспрерывности и прерывности.

В степени механизационной операции способствуют разделению на разновидность с ручным, механизированным (полуавтоматическим), автоматизированным и автоматическим. Из-за влияния на процесс газового вещества (инертного или активного) сварка бывает mig/mag видовой разновидности.

Технологичность – главное свойство сварных работ

Классификация видов сварки, основанная на технологических признаках - самая распространённая. Вид сварки имеет множество подвидов, в том числе:

дуговых;
электрошлаковых;
электронно-лучевых;
плазменно-лучевых;
световых;
газовых;
контактных;
диффузионных;
печных;
холодных;
ультразвуковых.

Остановимся на некоторых типах сварочного процесса.

Преимущества сварочного процесса в виде дуги

Операцию в виде дуги считают самой используемой разновидностью сварки. Подобные виды сварки необходимы как для промышленной, так и бытовой сфер. Предназначение состоит в расплавливаемых процедурах свариваемых веществ с помощью выделений тепла электродужками. Вслед за актом застывания идёт единство элементов. Имеется потребность в сильноточном электроснабжении, работающим с пониженным напряжением. К его зажимным механизмам присоединён электродный провод для прикасания свариваемой детали.

Виды электродуговой сварки

Остановимся на подвидах электродуговых сварных работ. Они бывают:

Ручными . Преимущество заключается в проведении работ с пространственным положением любой степени сложности. Использование специального электрода, покрытого флюсом. Покрытие необходимо для защиты металлических швов от влияния внешних факторов. Сварной процесс производится при постоянном токе с прямым или обратно полярным, а также переменным током (ММА-сварка). Это способствует применению работ по коротким и криволинейным швам в местах, имеющих труднодоступность.
Под воздействием неплавящего электродного элемента . Графитный или вольфрамовый стержень берут в виде электрода. Сварочная операция производится с участием инертных (mig) и активных (mag) газов;
При воздействии плавящего электрода . Используют проволоку из стали, меди или алюминия в качестве заменителя электрода для подведения тока через токопроводящий наконечник. Электродугой расплавляется проволочка, приводя механизм в действие (ММА-плавка);
Под флюсом . Процесс почти аналогичный предыдущему, но действие осуществляется флюсом;
Электрошлаковыми . Теплоисточником считают шлак, через который перемещается ток. Данный способ приемлем для толстостенных конструкций.

На сварку влияет и пламя, которое разное в зависимости от кислородного давления. Если оно велико, то сварка не происходит, а осуществляется скатываемость материалов из сварочных ванн. Виды сварочного пламени также разнообразны. Их делят по принципу:

Восстановления, происходящего при взаимодействии кислорода с ацетиленом.
Окисления, происходящего при взаимодействии больших кислородных объёмов.
Науглероживание, происходящего при низком соотношении кислорода и ацетилена.

Сварка в защитной газовой среде

Остановимся подробнее на разновидности электродугового сварочного процесса, при котором плавление осуществляется в защитной газовой среде. Газообразные вещества подразделяют на инертные и активные. А методологически сварные работы разделяются на миг и маг разновидности. Основное значение метода состоит в универсальности использования материала, берущееся при совокупности механизационных степеней и сварочных позиций. Характер сварки под воздействием защитных газов позволяет производить подобную операцию для сваривания всех материалов, поддающихся сваркам (ММА сварка).

Нелегированность и легированность стального сырья способствует свариванию в среде активного защитного газа, к примеру, углекислого. Этот процесс назван «свариванием в среде активного защитного газа» или в краткой форме mag (металлический химический процесс сварной направленности при воздействии активных газов).

Сталь высоколегированной разновидности и материалы, подобные алюминию, магнию, никельным сплавам, титану подвергаются плавлению под воздействием инертных газов (к примеру, аргона). Этот процесс назвали «свариванием в среде инертного защитного газа» (mig).

Методы снижения напряжения и деформации

Напряжение и деформацию нужно несколько снизить. Это возможно методами термическими, механическими и термомеханическими.

Термический включает отдых и предварительность нагрева. Последний способен снизить текучесть, уменьшив количество остатка напряжённости и деформации. Нагрев объект до 250°С, можно добиться допустимости пределов величин. Это способствует повышению пластичности сварочного шва.

Механически обрабатывают детали с обработкой, что также снижает свойства кристаллической решётки.

Прокатка металла – эффективность метода. Но осуществим только на предприятии. Доступен и прост – метод проковки, где горячий шов подвергается ударной обработке, сняв остаточное напряжение ММА.

К третьему включают совокупность термической и механической видовой категории. Взяв самые преимущественные свойства, добиваются максимальности эффективности.

Сварочные швы бывают нескольких видов, в зависимости от следующих параметров.

Способ удержания расплавленных металлов

подкладные из меди, керамики, асбеста, флюса, газа и т.д;
безподкладочные.

Сторона накладывания

односторонние;
двусторонние.

Материал сварного соединения

при углеродистой и легированной стали;
цветмета;
биметалла;
винилпласта;

Расположение деталей один к другому

остроугольным;
тупоугольным;
прямоугольным;
одноплоскостным.

Объём металла

нормальным;
ослабленным;
усиленным.

Форма

плоская;
сферическая.

Расположение изделия

продольным;
поперечным.

Соединения сварочные

Сварной – неразъёмно-соединённая деталь, подразделённая на:

стыковую;
угловую;
нахлёсточную;
тавровую;
торцевую.

Стыковые соединения - объединение торцевых частей одноплоскостных или одноповерхностных. Размер может быть сходным или различным. Применение – для сваривания труб и резервуаров.

Угловые – объединение угловых элементов. Широко применяются в строительстве.

Нахлёсточные – предусматривающие наложения двух компонентов частично-перекрытого вида, находящихся в одних плоскостях.

Тавровые называются соединения, с расположением двух торцовых частей определённым плавящимся способом.

Технология сварки, которая появилась в начале 20 века, совершила поистине техническую революцию мирового масштаба. Профессия сварщика перестала быть из разряда диковинных, и каждый специалист, который проходит обучение в образовательном центре, должен знать какие бывают сварочные аппараты, а также устройство и принцип применения. Общий стандарт промышленного оборудования подразделяет на несколько категорий виды сварочных аппаратов, которые представлены следующими типами:

Трансформаторное устройство.
Выпрямитель.
Инверторный тип устройства для сварки.
Полуавтоматический аппарат.
Устройство для аргонно-дуговой сварки.
Классический сварочный агрегат.

Каждый из выше представленных агрегатов имеет свои положительные стороны применения, свою специфику эксплуатации, и вместе с этим используется для конкретных типов проведения сварочных работ. Попробуем разобраться с каждым типом подробнее.

Трансформаторное устройство

Согласно общей терминологии, аппарат трансформаторного вида, относится к типу сварочных аппаратов, которые имеет свойство преобразования электрического тока, но при этом осуществляют условия требуемой регулировки для обеспечения устойчивого режима подачи электрической дуги на устройство.

В принципиальной части действия прибора предусмотрено наличие на сердечнике с элементами магнитопровода обмотки с характеристиками первичного вида, а также вторичного типа, которые всегда находятся в неподвижном рабочем состоянии. Допускается закрепление одной обмотки исключительно в статическом положении, а вторая обмотка может передвигаться по сердечнику, но относительно первичной части.

Используя эту схему трансформации, удаётся обеспечить регулировку имеющегося электрического тока по всей части сердечника. Непосредственная конструкция сварочного аппарата играет роль понижающего устройства.

Трансформаторные виды сварочных аппаратов для дома имеют как положительные, так и отрицательные стороны применения, в частности, плюсом являются:

Простота конструктивной части оборудования.
Простая схема эксплуатации и применения.
Высокая степень надёжности.
Низкая стоимость сегмента сварочного оборудования.
Лёгкость обслуживания, минимальные затраты на ремонтную базу.

Минусы данной аппаратуры, это:

Большой вес оборудования.
Объёмные габаритные размеры.

Использование переменного воздействия тока оказывает отрицательное воздействие на качества шва.»

Есть некоторые факторы рабочего процесса качественного удержания электросварной дуги в процессе работы. Основная сфера применения таких аппаратов это соединение изделий, которые имеет свойства низколегированной стали.

Сварочный выпрямитель

Второй по популярности аппарат и вид сварочных аппаратов для ручной , это выпрямитель, который используется во многих отраслях промышленности и производства. В конструкционной части аппарат представлен как универсальный источник питания, в котором предусмотрен трансформаторный блок с регулирующим принципом управления. В приборе также предусмотрена конструкция выпрямительного блока.

Принцип работоспособности данного оборудования основан на прямой подаче источника постоянного тока для электрической дуги, причём ток протекает через вторичную обмотку с последующим переходом на выпрямительный блок с элементами кремниевых и селеновых выпрямительных элементов. Чтобы получить требуемую ножную характеристику, в аппарате используется дополнительный элемент в виде дроссельного компонента управления. Стоит отметить, что данные виды сварочных аппаратов и их применение обладают непрерывностью в работе, стабильными характеристиками и показателями управления. Качественная сварка будет обеспечена уникальными характеристиками работы оборудования, поэтому такой тип сварки рекомендуют для начала работы новичкам.

Преимущество применения данного варианта сварки:

Выпрямитель обеспечивает высокое качество швов, данный класс приборов рекомендуется тем, кто хочет приобрести навыки в работе с производственным и промышленным оборудованием для обеспечения качественной сварки.
При необходимой компоновке инструментами и комплектующими, можно добиться качественного шовного соединения разнородных металлов, таким как чугун и цветные варианты металлов.
Горение дуги сварочного оборудования имеет стабильные характеристики.
Допускается обеспечение качественного соединения швов, как для низколегированных материалов, так и для нержавеющей стали.

«Обратите внимание!
Аппарат можно использовать как для профессиональной работы в промышленности и производстве, так и для проведения несложных сварочных работ в бытовых целях.»

Инверторный сварочный аппарат

Главная техническая характеристика устройства, это повышенные параметры по частоте. Используя различные виды сварочных аппаратов инверторного типа, можно отметить, что они работают только при условии стабильной подачи напряжения, которое вызвано работой электрогенераторов, в комплекте с длинными участками проводов для соединения.

В конструкции предусмотрены специальные защитные компоненты, которые защищают устройство от резких перепадов напряжения, а также исключают эффекты прилипания электродов. Имеется специальная функция «быстрый режим старта», которая обеспечивает качественное начало рабочего процесса. Стабилизатор мощности, который также встроен в аппарат, исключает перегрев оборудования при работе на высоких частотах и уровнях напряжения.

Инновационные инверторные сварочные агрегаты выпускаются производителями в диапазоне рабочих напряжений от 160 В до 270 В. Наличие вентиляционной системы охлаждения, является новаторским решением качественной и бесперебойной работы инверторного аппарата.

Агрегат имеет явные преимущества перед аналоговым оборудованием, это:

Высокий КПД основного источника пятнания инверторного оборудования.
Средние размеры и масса сварочного оборудования.
Высокие технологические свойства проведения сварки, а также максимальный предел регулировки диапазона мощности.
Стойкий режим электрической дуги.
Качественный и ровный тип шва сварного соединения.
Широкий диапазон рабочего тока.
Отличные показатели при условиях предельной нагрузки работы устройства.
Простой и интуитивно понятный способ управления устройством.
Используются все известные типы электродов для сварочных работ.

Прибор можно использовать одновременно как профессиональное оборудование, а также в качестве бытового сварочного устройства.

Полуавтоматический агрегат

Основной принцип работы сварочного полуавтомата 220 В — это наличие постоянного варианта импульсного тока в среде образования вместимости газов защитного принципа действия.

В механизме подачи предусмотрена специальная электродная проволока, которая при помощи шланга подаётся в держатель, расположенный в руках сварщика. Одновременно с проволокой подаётся требуемый газ — аргон, смесевая составляющая, углекислый газ. Редко используется баллонный газ для обеспечения качественной работы.

Высокий уровень качества шва.
Минимальное разбрызгивание.
Высокая степень эффективности производительности оборудования.
Можно сваривать тонколистовые металлические соединения.

Очень часто аппарат используется в сварке швов в автомобильной промышленности или в слесарных работах по ремонту автомобилей.

Устройство для аргонодуговой сварки

В качестве основы используются специальные вольфрамовые электроды которые относятся к категории неплавящихся.

В качестве компонента газов служит либо аргон, либо гелий. В процессе сварки используется специальная присадочная проволока. Аппарат работает как на импульсном типе тока, так и на постоянном или не переменном источнике подачи напряжения. Соединение качественных швов осуществляется при помощи вольфрамовых электродных компонентов. Аппарат используется для сварки алюминиевых, стальных, цветных, магниевых и медных металлов, то есть практически для всех материалов стали, используемые в промышленном производстве. Преимущественные характеристики — лучшие условия работы для сварщика, но требуется качественная настройка оборудования и специальные знания сварщика.