Сегодня мы рассмотрим такую тему, как Сварочное оборудование и виды сварки. Прежде всего давайте определимся, что же такое сварка. Сварка – это процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого. Соответственно, неразъёмное соединение, выполненное с помощью сварки, называют сварным соединением.

Такие определения нам дает ГОСТ 2601-84. Термины и определения основных понятий.

В настоящее время существует огромное количество видов и способов сварки – их число стремительно приближается к сотне. При этом, все известные виды сварки принято классифицировать по основным физическим, техническим и технологическим признакам.

По физическим признакам, в зависимости от формы используемой энергии, предусматриваются три класса сварки:

• Термическая сварка металлов. Данный класс включает все виды сварки с использованием тепловой энергии (дуговая сварка, газовая сварка, плазменная сварка и т. д.);
• Термомеханическая сварка металлов. Термомеханический класс объединяет все виды сварки, при которых используются давление и тепловая энергия (контактная сварка, диффузионная сварка);
• Механическая сварка металлов осуществляется с использованием механической энергии (холодная сварка, сварка трением, ультразвуковая сварка, сварка взрывом).

По техническим признакам виды сварки можно классифицировать следующим образом:

• По способу защиты металла в зоне сварки (в воздухе, в вакууме, под флюсом, в пене, в защитном газе, с комбинированной защитой);
• По непрерывности процесса (непрерывная, прерывистая);
• По степени механизации (ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая);
• По типу защитного газа (в активных газах, в инертных газах);
• По характеру защиты металла в зоне сварки (со струйной защитой, в контролируемой атмосфере).

Технологические же признаки установлены для каждого вида сварки отдельно.

Рассмотрим каждый класс сварки более подробно.

К термическому классу сварки относится: Электродуговая сварка, Орбитальная сварка, Газопламенная сварка, Электрошлаковая сварка, Термитная сварка, Плазменная сварка, Электронно-лучевая сварка, Лазерная сварка, Стыковая сварка пластмасс оплавлением, Сварка с закладными нагревателями.

При этом самый распространенный вид – Электродуговая сварки – делится ещё на 4 подкатегории: Сварка неплавящимся электродом, Полуавтоматическая сварка проволокой в защитных газах, Ручная дуговая сварка, Сварка под флюсом.

• Сварка неплавящимся электродом. При использовании данного метода сварки в качестве электрода применяется стержень, изготовленный из графита или вольфрама (температура плавления которых выше температуры, до которой они нагреваются при сварке). Процесс сварки чаще всего проводится в среде защитного газа (аргон, гелий, азот и их смеси) для защиты шва и электрода от влияния атмосферы, а также для устойчивого горения дуги. Работы производятся как с присадочным материалом (металлические прутки, проволока, полосы), так и без него.

• Полуавтоматическая сварка проволокой в защитных газах. Данный тип сварки подразумевает использование металлической проволоки определенной марки в качестве электрода, к которой через специальный мундштук подводится ток. Так как электрическая дуга расплавляет проволоку, в аппаратах данной серии предусмотрен специальный автоматический механизм её подачи. Для защиты сварного шва и электрода от воздействия внешних факторов применяют защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной горелки вместе с электродной проволокой. При отсутствии возможности проводить полуавтоматическую сварку в среде защитных газов так же применяют самозащитную (порошковую) проволоку. Следует заметить, что углекислый газ является активным газом — при высоких температурах происходит его диссоциация с выделением кислорода. Выделившийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители (такие, как марганец и кремний). Другим следствием влияния кислорода, также связанным с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в аргоне или гелии. 

• Самый распространенный вид сварки – это ручная дуговая сварка плавящимся электродом. Сварка производится с использованием специального источника питания и сварочных электродов. Физически подача электрода в зону сварки и его перемещение вдоль соединения осуществляется самим сварщиком. В работе могут применяться источники питания как переменного (трансформаторы), так и постоянного (выпрямители) тока. Что касается электрода, то он представляет собой металлический стержень с нанесенным на него специальным покрытием. В процессе сварки электрическая дуга «горит» между изделием и электродом, расплавляя их. Расплавленный металл электрода и изделия образуют сварочную ванну, которая при последующей кристаллизации формирует шов сварного соединения. Вещества, входящие в состав покрытия электрода, либо сгорают (образуя газовую защиту зоны сварки от окружающего воздуха), либо расплавляются и попадают в сварочную ванну. Одни расплавленные вещества покрытия взаимодействуют с металлом сварочной ванны раскисляя и/или легируя его, другие — образуют шлак, защищающий сварочную ванну от воздуха, способствующий удалению неметаллических включений из металла шва, формированию шва и т. д.

• Автоматическая дуговая сварка под флюсом – вид сварки, при котором конец электрода (в виде металлической проволоки или стержня) подаётся под слой флюса. Горение дуги происходит в газовом пузыре, находящемся между металлом и слоем флюса, благодаря чему улучшается защита металла от вредного воздействия атмосферы и увеличивается глубина проплавления металла.

Термомеханический класс сварки. При достаточно большом количестве подвидов данной категории, чаще всего используется такой вид сварки, как Сварка трением.

Суть процесса состоит в следующем: на специальном оборудовании одна из свариваемых деталей устанавливается во вращающийся патрон, вторая – крепится в неподвижный суппорт, который имеет возможность перемещения вдоль оси. Деталь, установленная в патрон, начинает вращаться, а деталь, установленная в суппорте, приближается к первой и достаточно большим давлением воздействует на неё. В результате трения одного торца о другой происходит износ поверхностей и слои металла разных деталей приближаются друг к другу на расстояния, соразмерные размеру атомов. Начинают действовать атомные связи, в результате возникает тепловая энергия, которая нагревает в локальной зоне концы заготовок до температуры ковки. По достижении необходимых параметров патрон резко останавливается, а суппорт продолжает давить ещё какое-то время, в результате образуется неразъёмное соединение.

К механическому классу сварки можно отнести:

Сварку взрывом – осуществляется сближением атомов свариваемых изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии, выделяемой при взрыве;

Ультразвуковую сварку металлов – осуществляется сближением атомов свариваемых металлических изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии ультразвуковых колебаний, вводимых в материалы;

Холодную сварку – происходит благодаря пластической деформации свариваемых металлов в зоне стыка под воздействием механического усилия при температуре ниже минимальной температуры рекристаллизации.