Сварка металлов¶

Сварка металлов — технологический процесс получения неразъёмного соединения металлов и сплавов, основанный на создании межатомных связей между свариваемыми частями путём их совместного нагрева, пластической деформации или применения давления. Сварка относится к числу основных способов соединения металлов в машиностроении, строительстве, судостроении и энергетике; альтернативными методами являются пайка, склеивание и механическое соединение (клёпка, болтовые соединения).

¶Классификация

Сварку классифицируют по нескольким признакам.

По виду энергии, используемой для нагрева:

• Термическая (тепловая) — сварка плавлением, при которой кромки свариваемых деталей расплавляются и образуют сварочную ванну.
• Термомеханическая — сочетание нагрева и пластической деформации (сварка оплавлением, сварка давлением с предварительным нагревом).
• Механическая — сварка давлением без нагрева (холодная сварка, ультразвуковая сварка).

По степени автоматизации: ручная, механизированная, автоматическая, роботизированная.

По среде, в которой ведётся сварка: на воздухе, под флюсом, в защитных газах, в вакууме.

¶Основные виды

¶Сварка плавлением

Наиболее распространённый метод. Свариваемые кромки расплавляются теплом дуги, газового пламени, электронного или лазерного луча; в образовавшуюся сварочную ванну вводится присадочный металл, после остывания формируется сварной шов. К этому виду относятся:

• Дуговая сварка — нагрев осуществляется электрической дугой между электродом и изделием. Подразделяется на ручную дуговую сварку (РДС) с покрытым электродом, сварку под флюсом, сварку в защитных газах (MIG/MAG — проволокой в инертном или активном газе, TIG — вольфрамовым электродом в аргоне), плазменную сварку.
• Газовая сварка — нагрев газокислородным пламенем; применяется преимущественно для цветных металлов и тонколистовых конструкций.
• Лазерная сварка — высококонцентрированный лазерный луч обеспечивает малую ширину шва и малую зону термического влияния.
• Электронно-лучевая сварка — ведётся в вакууме, применяется для ответственных конструкций из активных металлов (титан, ниобий).

¶Сварка давлением

Детали соединяют без расплавления основного металла (или с частичным оплавлением поверхностей) под действием давления. К ней относятся:

• Холодная сварка — давление деформирует поверхности, разрушая оксидные плёнки и обеспечивая контакт металлов на атомарном уровне; применяется для пластичных металлов (алюминий, медь, свинец).
• Контактная сварка — нагрев током высокой силы в зоне контакта. Виды: точечная (сварка точек), шовная (сварка валиков), стыковая (сварка стыков с оплавлением торцов).
• Ультразвуковая сварка — ультразвуковые колебания вызывают местный нагрев и деформацию на границе раздела.
• Термитная сварка — нагрев расплавом термитной смеси, применяется для сварки рельсов и толстостенных конструкций.

¶Сварные соединения

По типу соединения различают стыковые, угловые, тавровые и нахлёсточные швы. По форме кромок — с прямолинейной, V-образной, X-образной, U-образной разделкой. Качество шва определяется проплавлением кромок, отсутствием пор, трещин, непроваров и шлаковых включений; контроль ведут визуально, ультразвуком, радиографией, капиллярными и магнитными методами.

¶Оборудование и материалы

Сварочное оборудование включает источники тока (трансформаторы, выпрямители, инверторы), горелки, сварочные автоматы и роботы. Инверторные аппараты, получившие широкое распространение с 2000-х годов, обеспечивают стабильное горение дуги при малых габаритах и весе.

Присадочные материалы: сварочные электроды с покрытием, сварочная проволока, прутки, флюсы, защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ, их смеси). В России производством сварочных материалов и оборудования занимаются предприятия в Нижнем Новгороде (завод «Электротехника»), Санкт-Петербурге, Ростове-на-Дону и других городах; отраслью руководит Институт электросварки им. Е. О. Патона.

¶Применение

Сварка применяется при изготовлении мостов, трубопроводов, судов, космической техники, атомных реакторов, железнодорожных путей. Сварные конструкции легче клёпаных и болтовых за счёт отсутствия перфорации и крепёжных элементов. В строительстве высотных зданий и мостов сварные соединения несут основную нагрузку.

¶Недостатки

К ограничениям сварки относятся возникновение остаточных напряжений и деформаций, изменение свойств металла в зоне термического влияния, необходимость квалификации сварщика и контроля качества швов.

Источники:

• Патон Б. Е. «Сварка и свариваемые металлы»
• ГОСТ 2.312—72. Единая система конструкторской документации. Условные изображения и обозначения сварных соединений
• Лазарев В. Ф. «Технология сварки»
• Справочник сварщика, под ред. А. А. Аксёнова