Основные виды дуговой сварки

Сварка — это процесс получения неразъемных соединений частей изделия при их нагревании и (или) пластической деформации.

В большинстве случаев, говоря о сварке, имеют в виду соединение металлических деталей. Сваривать можно металлы любой толщины и в любом пространственном положении. Особенность такого способа соединения металла в том, что прочность сварного шва не уступает, а иногда и превосходит прочность основного материала.

Дуговая сварка широко используется для изготовления и ремонта металлических конструкций в разных областях промышленности и в быту. Без применения сварочных процессов немыслимо существование автомобилестроения, авиастроения, космической, нефтехимической отрасли, строительства, машиностроения, приборостроения и многих других. Причём объёмы выполняемой дуговой сварки возрастают ежегодно.

Широкое использование дуговая сварка получила в середине двадцатого века, но история её началась ещё в 1753 году в России. Академик Российской академии наук Г. В. Рихман предположил возможность применения электрических искр для плавления металла.

Позднее эта идея была развита профессором В. В. Петровым, который в 1802 году описал электрическую дугу. Он первым в мире предложил использование дуги для плавления металла. Дуга В.В. Петрова послужила основой для множества теоретических и практических исследований по всему миру.

Как промышленный способ соединения металла, дуговая сварка была изобретена в Российской империи в 1882 году. Н.Н. Бенардос осуществил сварку и резку металла электрической дугой с использованием угольного электрода. Департаментом торговли и мануфактур Российской империи 6 июля 1885 года ему была выдана привилегия (аналог современного патента) на его изобретение «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока». Прибор для выполнения сварки был назван создателем «Электрогефест».

Позднее приборы и способы выполнения сварки, конечно, усовершенствовались, но суть оставалась неизменной. Сварочная дуга, являющаяся устойчивым электрическим разрядом между металлической деталью и электродом, выступает источником нагрева и, как следствие, плавления.

При дуговой сварке происходит горение дуги и, как следствие, плавление материалов свариваемого металла и (или) электрода, а также присадочного металла. Расплавленный металл отдельных деталей соединяется воедино и образует сварочную ванну.

Высокие температуры сварки могут приводить к растворению в расплавленном металле атмосферных газов (кислорода, водорода, азота), что сказывается на качестве швов.

По способу защиты сварочной ванны (зоны плавления), дуги и электрода от воздействия атмосферных газов дуговую сварку разделяют на следующие виды:

• Сварку покрытыми электродами;
• Сварку под флюсом;
• Сварку в вакууме;
• Сварку с применением защищённой порошковой проволокой;
• Сварку в защитном газе;
• Сварку с комбинированной защитой.

По виду электродного материала различают:

• Дуговая сварка неплавящимися электродами. Неплавящиеся электроды – стержни из вольфрама, угля, графита;
• Дуговая сварка плавящимися электродами. Плавящиеся электроды – проволоки и стержни из стали, сплавов никеля, титана, алюминия, меди и других металлов.

Дуговая сварка соединяет детали за счёт тепловой энергии электрической дуги, которая появляется между двумя электродами. Одним из электродов может выступать непосредственно свариваемая поверхность. Исходя из количества электродов, материала детали и расположения электродов в электрической цепи определяют следующие виды дуговой сварки:

• Сварка неплавящимся электродом. Применяется угольный или вольфрамовый электрод. Соединение происходит за счёт плавления самого металла или присадочного материала;
• Сварка плавящимся электродом по методу Н. Г. Славянова. Металлический электрод из проволоки или стержня плавится и создаёт сварочную ванну;
• Сварка трехфазной дугой, также называемая комбинированной. Два электрода и свариваемая металлическая деталь отдельно подключаются к разным фазам трехфазного тока. При этом между каждым электродом и деталью образуется дуга;
• Сварка дугой косвенного действия. Электрическая дуга, создаваемая между двумя электродами, выделяет тепловую энергию. Повышение температуры в зоне сварки приводит к сплавлению материала детали. При этом могут применяться как неплавящиеся, так и плавящиеся электроды.

Учитывая состав, толщину и прочностные характеристики металла определяют полярность электродов при дуговой сварке. Для скрепления деталей из легкоплавких сплавов, либо деталей малой толщины применяют обратную полярность.

• Прямая полярность. Минус подается на электрод, плюс – на свариваемую деталь. Температура нагрева поверхности около 4000 градусов Цельсия;
• Обратная полярность. Минус – на деталь, плюс – на электрод. Температура нагрева поверхности ниже – около 3000 градусов Цельсия.

В зависимости от назначения, используемых электродов, а также степени автоматизации процесса существуют следующие виды дуговой сварки:

1. Ручная дуговая сварка

   Ручная дуговая сварка –наиболее распространенный способ соединения деталей из металлов и сплавов при изготовлении конструкций. Возбуждение дуги, подача и перемещение электрода осуществляются вручную. Ручная дуговая сварка, после обучения основным навыкам её выполнения, доступна практически любому. Современные сварочные инверторы легкие, мобильные и доступные по цене. Также в качестве источника электрического тока при ручной дуговой сварке используют генераторы. Они тяжелее и менее мобильны. Такое оборудование применяется чаще для создания стационарных сварочных постов.

   Электроды для ручной дуговой сварки – металлические стержневые с покрытием (обмазкой). Нанесённая на поверхность электрода спрессованная порошкообразная смесь различных компонентов повышает качество сварки за счёт улучшения горения дуги, защиты расплавленного металла от атмосферных газов и подготовки сварочной ванны.

   Сварщик при таком методе дуговой сварки вручную выполняет оба основных процесса: подачу расплавленного электрода в зону сварки и постепенного перемещения сварной дуги по линии скрепляемого стыка деталей.

   Преимущества ручной дуговой сварки:

   • Доступность, мобильность, удобство использования оборудования;
   • Простота освоения навыкам выполнения сварочных работ;
   • Возможность сварки деталей в труднодоступных местах, практически в любых положениях;
   • Удобство замены свариваемого материала и электродов;
   • Высокое качество сваривания любых металлов и сплавов.

   Недостатки ручной дуговой сварки:

   • Прямая жёсткая зависимость качества сварных швов от квалификации сварщика;
   • Затруднения при работе с деталями, изготовленными из материала толщиной менее 1,5 мм;
   • Низкая производительность;
   • Высокая вредность процесса для сварщика.
2. Полуавтоматическая сварка.

   Соединение металлических деталей при таком способе дуговой сварки происходит по тому же принципу, что и при ручной сварке, но в качестве электрода используется проволока, а защита сварочной ванны осуществляется за счёт подачи защитного газа в рабочую область. Электродная металлическая проволока, содержащая также кремний и марганец, подаётся автоматически. Сварщику лишь необходимо правильно выбрать её профиль – в соответствии с профилем сварочной канавки, а также равномерно передвигать электрод вдоль стыка. При полуавтоматической сварке в качестве защитного газа применяются активные газы (типа углекислого), либо инертные газы (типа аргона).

   Существует также полуавтоматическая сварка без защитного газа. При таком варианте для сварки используется специальная флюсовая проволока. Флюс при сгорании выделяет газ, который и создаёт защитную среду.

   Полуавтоматическая сварка менее широко распространена в быту, по сравнению с ручной, так как требует более громоздкого оборудования, но на производстве это самый востребованный вид дуговой сварки. Сварные швы получаются более ровными и тонкими, на их качество меньше влияет квалификация сварщика.

   Преимущества полуавтоматической дуговой сварки:

   • упрощённый процесс работы;
   • небольшая зона теплового воздействия;
   • высокое качество шва;
   • возможность сварки в любых пространственных положениях;
   • малая зависимость качества швов от квалификации исполнителя;
   • возможность сваривания деталей из металла толщиной от 0,5 мм;
   • высокая производительность сварочных работ.

   Недостатки полуавтоматической сварки:

   • недостаточная мобильность оборудования для полуавтоматической сварки в газовой среде, которое включает в себя сосуды с защитным газом;
   • мягкость флюсовой проволоки не допускает избыточного изгиба шланга сварочного аппарата.
3. TIG-сварка.

   TIG – Tungsten Inert Gas дословно переводится как вольфрамовый инертный газ. Дуговая сварка такого типа выполняется электродом с высоким содержанием вольфрама в защитной среде инертного газа – чаще всего аргона. Маркировка TIG используется в Европе и странах Азии. По существующему ГОСТу в России такой вид сварки определяют как аргонодуговая.

   TIG-сварка применяется для соединения деталей из большинства применяемых металлов: различные виды стали, включая нержавеющие, сплавов алюминия, меди, никеля и прочих. По своей универсальности это самый востребованный вид сварки.

   Сварка производится при помощи горелки с защитным газом. В зависимости от характеристик материала, а также ширины шва, сопло газовой горелки может укомплектовываться газовой линзой разных форм. К горелке жёстко закреплено токопроводящее устройство. Его задача удерживать электрод в определённом положении относительно линии шва и облака защитного газа. Во время сварочных работ в зону сварки одновременно подаётся аргон и вольфрамовый электрод, образующий дугу с металлом. Сварочная ванна защищается от внешних факторов газом. Скрепление чаще всего происходит за счёт плавления материала свариваемых деталей.

   Если технологически необходимо заполнение шва, то при TIG – сварке применяют присадочную проволоку, которая помещается в рабочую зону и, расплавляясь, обеспечивает полную надёжность и эстетичность соединения. Присадочная проволока подаётся вручную.

   TIG – сварка является самой лучшей с точки зрения красоты сварных швов

   Преимущества TIG дуговой сварки:

   • применяемость на металлах различного состава;
   • позволяет сваривать даже очень тонкие детали;
   • расплавленный металл не выходит за пределы шва и не создаёт брызг и натёков;
   • безопасность, лёгкость работы;
   • высокая эстетика швов сварных соединений.

   Недостатки TIG дуговой сварки:

   • может выполняться сварщиком только высокой квалификации;
   • высокая стоимость оборудования для сварки;
   • невозможность применения в быту в виду малой мобильности оборудования;
   • свариваемая поверхность должна быть тщательно подготовлена.

При любом виде дуговой сварки необходимо соблюдать правила техники безопасности при проведении сварочных работ. Если сварка выполняется не на открытом воздухе, то рабочее место сварщика обязательно должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией. Обязательно соответствие правилам личной защиты: специальная искрозащитная одежда, рукавицы и, конечно, маска сварщика для защиты зрения.

Электробезопасность. При работе с электричеством применяются изолирующие средства защиты: основные – диэлектрические перчатки, изолированные рукоятки и токоискатели; и дополнительные – резиновые коврики, подставки, обувь на резиновой подошве. Перед началом работ необходимо убедиться в целостности проводов. При переносе оборудования для сварки всегда предварительно отключать его от сети.

Пожаробезопасность. Стены и (или) искрозащитные щиты должны быть выполнены из негорючих материалов. Перед началом работы нужно убедиться в том, что в свободном доступе есть средства тушения, применение которых допускается при работе с электричеством: песок, порошковые огнетушители.