Виды сварочных соединений¶
Сварка — технология получения неразъёмных соединений материалов (преимущественно металлов и полимеров) путём создания общего сварочного шва за счёт сближения свариваемых поверхностей до межатомных расстояний с использованием энергии источника нагрева. По состоянию на начало XXI века в промышленности применяется более ста разновидностей сварочных процессов, различающихся по виду энергии, характеру воздействия на металл, среде сваривания и степени автоматизации.
¶Классификация сварки
В России основой классификации служат ГОСТ 14806-80 «Сварка металлов и неметаллических материалов. Термины и определения» и отраслевые справочники. Основные признаки разделения:
- по виду энергии, используемой для нагрева и плавления;
- по состоянию свариваемых кромок (плавление, давление, комбинированный способ);
- по среде, в которой протекает процесс (воздух, инертный газ, флюс, вакуум);
- по степени автоматизации (ручная, механизированная, автоматическая, роботизированная);
- по виду свариваемого материала (металлы, полимеры, стекло, дерево).
¶Сварка плавлением
При сварке плавлением соединяемые кромки расплавляются, формируется общая сварочная ванна, которая после кристаллизации образует шов. К этой группе относится большинство промышленных процессов.
¶Ручная дуговая сварка (РДС, MMA)
Соединение образуется электрической дугой между металлическим электродом и свариваемым изделием. Электрод покрыт обмазкой, которая при горении создаёт газовую защиту и шлаковую оболочку шва. РДС — наиболее универсальный и распространённый способ, не требующий сложного оборудования; применяется в строительстве, ремонте, монтажных работах. Недостатки — низкая производительность и зависимость качества от квалификации сварщика.
¶Сварка в защитных газах (MIG/MAG, TIG)
При сварке плавящимся электродом в среде защитного газа (MIG/MAG) дуга горит между проволокой-электродом и изделием, а зона сварки охраняется от воздуха инертным (аргон, гелий) или активным (углекислый газ, смеси) газом. Процесс легко автоматизируется, обеспечивает высокую производительность и чистоту шва.
Сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона (TIG, аргонодуговая) применяется для ответственных соединений из нержавеющих сталей, алюминия, титана, а также для корневого шва труб. TIG считается одним из самых качественных способов, но имеет невысокую производительность.
¶Электрошлаковая сварка (ЭШС)
Процесс, при котором дуга зажигается между электродом и изделием, а затем горит в жидком шлаке, расплавляющем кромки и электрод. ЭШС позволяет сваривать крупные сечения (листы толщиной до 100 мм и более) за один проход без скоса кромок; применяется в машиностроении, судостроении, при изготовлении прокатного и гидравлического оборудования.
¶Плазменная сварка
Дуга горит в сопле плазмотрона, сжимается струёй газа и разогревается до 20 000–30 000 °C. Плазменная струя обеспечивает высокую концентрацию энергии, что позволяет сваривать тонкие и тугоплавкие материалы с чистым и узким швом. Существует также плазменная резка, использующая тот же принцип.
¶Газовая сварка
Соединение образуется пламенем горючего газа (ацетилен, пропан, водород) в смеси с кислородом. Газовая сварка малопроизводительна и в промышленности почти вытеснена дуговыми методами, но сохраняется для сварки тонкостенных деталей из меди и её сплавов, для пайки и наплавки.
¶Лазерная сварка
Источником энергии служит лазерный луч (чаще всего волоконный или CO₂-лазер), сфокусированный в пятно малого диаметра. Обеспечивает сварку с минимальным тепловложением, малой зоной термического влияния, высокой скоростью и точностью; применяется в автомобилестроении, авиации, приборостроении. Часто комбинируется с дуговой сваркой (лазерно-дуговая гибридная технология).
¶Электронно-лучевая сварка (ЭЛС)
Пучок электронов ускоряется в вакууме и направляется на свариваемый шов. Позволяет получать глубокие и узкие швы в тугоплавких металлах (молибден, вольфрам, ниобий) и крупногабаритных конструкциях. Основной недостаток — необходимость вакуумной камеры, что ограничивает габариты изделий.
¶Сварка давлением
При сварке давлением соединение образуется без расплавления основного металла — за счёт пластической деформации и диффузии атомов при нагреве.
¶Контактная сварка
Ток проходит через свариваемые детали, нагревая их в месте контакта. Основные разновидности:
- точечная — сварка отдельными точками; широко применяется в кузовном производстве автомобилей;
- шовная — сварка непрерывным швом роликовыми электродами (например, баки, трубы);
- стыковая — соединение стык в стык с последующим осадочным усилием.
¶Сварка трением
Нагрев в зоне контакта достигается за счёт механического трения (обычно вращением одной детали относительно другой) с последующим осадочным усилием. Разновидности — сварка трением с перемешиванием (ФСО, ставшая промышленной технологией в конце XX века), сварка оплавлением, сварка качающимся инструментом. Применяется в авиакосмической промышленности для алюминиевых и титановых конструкций.
¶Ультразвуковая сварка
Колебания ультразвуковой частоты передаются через свариваемые детали, вызывая местный разогрев и пластическую деформацию на границе контакта. Используется для тонких листов, проволоки, а также для сварки полимеров и композитов.
¶Сварка полимеров и других неметаллических материалов
Для термопластичных полимеров применяется сварка горячим газом (воздухом или азотом), экструзионная сварка, сварка нагретым инструментом (штангой, плитой), сварка вращением. Для сварки стекла используется газовое пламя и лазер; для сварки древесины — клеевые технологии и термокомпрессионные методы.
¶Выбор способа сварки
При выборе учитывают вид и толщину материала, требования к шву, условия производства (полевые или цеховые), необходимость автоматизации и стоимость оборудования. В российской промышленности дуговые методы (РДС, MIG/MAG, TIG) составляют основу сварочных работ, а для массового серийного производства применяются контактная, лазерная и роботизированная сварка.
¶Интересные факты
- Считается, что первые сведения о сварке давлением относятся к бронзовому веку: золотые диски из Микен, датируемые II тысячелетием до н. э., были соединены методом, близким к холодной сварке.
- Термин «электрошлаковая сварка» закрепился в СССР в 1950-х годах, когда технология была разработана под руководством Б. Е. Патона.
- В России действует Единая технологическая процедура (ЕТП) сварки — свод правил, регламентирующих технологию для ответственных конструкций.
Источники:
- ГОСТ 14806-80. Сварка металлов и неметаллических материалов. Термины и определения.
- Справочник по сварке. Под ред. В. В. Фадеева.
- Кутепов М. Ф. Сварка металлов.
- Патон Б. Е. Электрошлаковая сварка.
