Методы сварки: классификация и разбор

Сварка. Основные методы сварки

Сварка – это процесс соединения двух металлов под действием тепла электрической дуги или давления. Детали, которые требуется соединить, называются основным материалом, а дополнительный материал для образования соединения называется расходным материалом. Расходные материалы обычно выбираются так, чтобы они были аналогичны основным по составу для образования однородного сварного шва.

В сварке нет жестко установленной системы классификации, в частности единой системы обозначения методов. Поэтому в данной статье мы разберем общепризнанные обозначения, а также технологии за ним стоящие.

Ручная дуговая сварка покрытыми, или штучными, электродами (MMA)

Этот метод является наиболее бюджетным и простым. Подходит как для мелкого бытового ремонта, так и для монтажных работ и производственных задач.

При сварке покрытым электродом электрическая дуга горит между изделием и концом плавящегося электрода, удерживаемого в электрододержателе.

Электрод состоит из плавящегося металлического стержня и обмазки, которая создает газовое облако, защищающее сварочную ванну.

Сварщик контролирует глубину проплавления и высоту шва, манипулируя электродом. Требуется некоторая сноровка, чтобы удерживать постоянный зазор между электродом и изделием во время сварки. Электрод в течение всего процесса укорачивается. Если же это расстояние увеличится, дуга погаснет, уменьшится – есть шанс прожечь изделие.

При сварке шлак вытесняется из ванны расплавленным металлом и застывает в виде шлаковой корки на поверхности шва при охлаждении. Шлаковую корку удаляют шлакоотделителем, металлической щеткой или молоточком и осматривают шов. На поверхности металла не должно быть трещин, наплывов, подрезов, кратеров или пор. Шов должен быть ровным.

Преимущества и недостатки сварки штучным электродом:

+ сварка в условиях ветра, сквозняков

+ простая в освоении технология

+ мобильное, легкое, бюджетное оборудование

+ дополнительные функции аппаратов для облегчения сварки (HotStart, AntiStick)

+ дешевые расходники

–  не подходит для сварки тонколистового металла (толщина от 2 мм и выше)

–  необходимость очистки от шлака и окалины

–  низкая производительность

Ручная дуговая сварка редко применяется в промышленности. Имеет низкую производительность. Исключением являются задачи, которые требуют работы сварщика в нестандартных условиях, например, на монтаже. Ручная дуговая сварка является оптимальным методом. Дает возможность работать в условиях ветра и мобильность оборудования позволяет монтажнику проводить работы на высоте.

На сегодняшний день ассортимент сварочных электродов настолько широк, что ручную дуговую сварку можно применять для сварки практически любых металлов, будь то сталь или алюминий, медь, чугун.

Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа (MIG/MAG)

Также ее называют сваркой плавящейся металлической проволокой в среде инертного (активного) защитного газа с автоматической подачей присадочной проволоки. В англоязычной литературе можно встретить как обозначение MIG/MAG (Metal Inert/Active Gas), так и GMA (Gas Metal Arc).

При сварке полуавтоматом проволока подается автоматически с помощью подающего механизма с роликами (толкающего типа, реже встречается тянущий), который разматывает проволоку с катушки и подает по кабель-каналу через горелку к месту сварки. Дуга при этом зажигается между концом проволоки и заготовкой. Через горелку также подаётся защитный газ, защищающий сварочную ванну от внешних воздействий. При MIG сварке используется инертный газ, чаще всего аргон или гелий, при MAG – активный (CO₂).

Поскольку автоматизируется при MIG/MAG сварке только подача проволоки, то как и в MMA сварке сварщик должен управлять шириной и высотой шва с помощью горелки.

Также полуавтоматическая сварка может выполняться без газа, если вместо проволоки со сплошным сечением использовать порошковую, иначе самозащитную или флюсовую проволоку. Такая проволока имеет полость, заполненную флюсом. При сварке флюс образует газовое облако, защищающее ванну, также по охлаждении на поверхности шва образуется шлаковая корка. Преимуществом данного метода является исключение газа из процесса, благодаря чему сварщику не приходится таскать громоздкий баллон. В англоязычной литературе также можно встретить обозначение данного метода аббревиатурой FCAW (Flux Core Arc Welding).

Преимущества и недостатки MIG/MAG сварки:

+ не нужно менять электрод

+ можно варить более тонкие заготовки (от 1 мм и выше)

+ сварка в любом пространственном положении

+ высокая производительность

+ не требуется постобработка шва (очистка от шлака, окалины)

– низкая мобильность

– сложно варить в труднодоступных местах

– дорогостоящее оборудование и расходники

– нельзя варить при ветре, сквозняке

Аргонодуговая сварка (TIG)

Или ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа.

В немецкой литературе можно встретить аббревиатуру WIG (Wolfram Inert Gas), т.к. вольфрамовые электроды применяются в качестве неплавящихся для данного типа сварки чаще, чем графитовые. В англоязычной же литературе можно встретить обозначение GTA (Gas Tungsten Arc).

Данный метод позволяет сваривать заготовки с или без использования присадочных материалов.

Сварку листовых сталей 1.0-1.5 мм можно производить без присадки, если изделие из них не будет подвергаться серьезным механическим нагрузкам. При этом сварщику достаточно просто держать дугу, т.к. электрод при сварке не плавится, а значит и не укорачивается.

Наиболее часто аргонодуговая сварка производится с использованием присадочного материала. В таком случае сварщик одной рукой контролирует горелку, удерживая неплавящийся электрод на расстоянии 3-5 мм от поверхности заготовки, чтобы поддерживать дугу, а второй рукой подает присадочный материал в зону сварки. Этот метод требует высокого мастерства сварщика, но и дает наиболее аккуратный сварочный шов, требующий минимальной обработки.

Такая аккуратность шва достигается в том числе и благодаря острой заточки вольфрамового электрода, позволяющей сделать более узкий шов.

Выделяют следующие преимущества аргонодуговой сварки:

+ сварка тонколистовых материалов (от 0.5 мм)

+ высокий контроль подвода тепла в зоне сварки (за счет более тонкой настройки параметров аппаратов)

+ более качественные и эстетичные швы

– низкая производительность (сложный процесс)

– ручная подача присадочного материала

– дорогостоящее оборудование

– нельзя варить при ветре, сквозняке

Газовая сварка

Данный метод чаще всего применяется для соединения черных металлов, труб, ремонта емкостей, а также при ремонтных работах в полевых условиях.

Сварка осуществляется пламенем факела горелки, позволяющего плавить кромки металла. В качестве присадки используется проволока, которую сварщик подает свободной рукой в зону сварки. Для создания пламени чаще всего используется пропан или ацетилен и кислород. Кислород повышает мощность пламени.

Для газовой сварки Вам понадобится баллоны с газами, редукторы с манометрами и шланги для их подключения к газовой горелке, а также мундштуки и ниппели. Для сварки труб, например, подойдут небольшие горелки длиной 40 см.

У этого метода сварки есть свари недостатки и преимущества:

+ энергонезависимость (можно варить в условиях отсутствия электричества)

– сложность, сварщик подает присадку одной рукой, ведет горелку другой

Автоматическая сварка

Это скорее группа методов, нежели один метод. На них мы подробно останавливаться не будем. Все перечисленные методы требуют громоздкого дорогостоящего оборудования и применяются исключительно в промышленности, где производительность сварки имеет наивысший приоритет и существует потоковое выполнение однотипных операций. Некоторые из них по технологии идентичны выше перечисленным, но обладают большим уровнем автоматизации.

Автоматическая сварка может быть:

• GMAW (Gas Metal Automatic Welding) – в среде защитного газа, автоматизированный или роботизированный MIG/MAG
• GTAW (Gas Tungsten Automatic Welding) – неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа, автоматизированный или роботизированный TIG
• SMAW (Submerged Metal Automatic Welding) – под флюсом

Сварка под флюсом (SMAW)

Флюс – многокомпонентный порошок, используемый для защиты сварочной анны. При сварке флюс плавится в газовом пузыре. Обеспечивает защиту расплавленного металла от внешних воздействий.

Кроме защитной, флюс выполняет еще несколько функций:

• Обеспечивает более интенсивное расплавление металла
• Препятствует угару металла (потерь на расплавление и окисление)
• Повышает стабильность дуги
• Экранирует часть пламени дуги, упрощая визуальный контроль сварочной ванны в процессе сварки
• Снижает потери энергии на нагрев металла (повышая КПД источника тока)

Сварка под флюсом может быть как автоматической, так и полуавтоматической. Данная технология чаще всего применяется для соединения труб большого диаметра. При сварке каретка перемещается по изделию при помощи цени и роликов.

На выбор метода сварки влияют:

• Тип материала заготовок
• Толщина материала,
• Положение при сварке,
• Требование времени
• Тип источника сварочного тока и сила тока

В производстве стали востребованными методом сварки является  MIG/MAG, сварка вольфрамовым электродом (TIG) и сварка штучным электродом, обычно называемая дуговой сваркой (ММА).

На сегодняшний день есть комбинированное оборудование. Многие аппараты поддерживают сразу несколько методов, будь то MMA и MIG/MAG или MMA, MIG/MAG и TIG.