Электросварка как основной способ сваривания металлов

Внутри сварки металлов как большой технологической области (в которую чисто технологически следует включить и такой древний процесс металлообработки как ковка) наиболее актуальным разделом являются виды сварки с применением электрического тока, то есть разновидности электросварки. И уже электросварка делится на два основных класса: недуговая и дуговая (то есть такая, в которой нагревание свариваемых поверхностей происходит за счет образования электрической дуги).

Что касается истории сварки электросварки, то здесь важнейшим событием стало открытие физического явления электрической дуги в начале 19 века, а также разработка технологии соединения металлов при помощи электросварки в 1880х годах. После этого электросварочная технология находила все новые области применения и постепенно стала одной из важных технологических сфер в современной промышленности и строительстве.

В настоящее время развитие технологий электросварки позволяет использовать этот способ соединения металлов не только на предприятиях, но и в полевых условиях (например, в степи или в открытом море), а также под водой и даже в космосе. В промышленных условиях электросварка сейчас частично или полностью автоматизирована. Современные сварочные устройства значительно снижает процент рисков и брака по сравнению с ручной сваркой. Дальнейшая оптимизация сварочных технологий идет в основном в направлении минимизации энергопотребления и поиска путей сваривания высокопрочных материалов.

Недуговая (контактная) сварка

Недуговую сварку чаще называют контактной. Такое название объясняется тем, что при этом виде сварки электроды, подающие ток, прикладываются непосредственно к металлическим поверхностям, который они сваривают. При этом через металл, расположенный между поднесенными электродами, подается короткий, но очень мощный разряд тока (с силой тока в тысячи ампер). Сплавление происходит между приложенными электродами. В целом при контактной сварке сварное соединение формируется за счет нагрева металла проходящим током и пластического сжатия соединяемого участка.

Если электроды расположены прямо друг против друга, то сварное соединение получается точечным. Хотя точечная сварка – не единственный вид контактной сварки, но самый распространенный. Поэтому понятия «точечная сварка» и «контактная сварка» иногда часто используются как синонимы. Напряжение точечной сварки обычно составляет несколько вольт.

Контактная сварка успешно используется для соединения тонких листов металла, например, в автомобилестроении. Кроме этого, контактную сварку удобно применять вообще при серийном или массовом промышленном производстве однотипных изделий, в частности, в машиностроении, автомобильной промышленности, в судостроении, в авиационной промышленности, в производстве сельскохозяйственных машин и в некоторых других областях.

Электродуговая сварка

При электродуговой сварке, которая получила особенно широкое применение в строительстве) для нагрева и расплавления металла используют электрическую дугу. Используются электроды плавящегося и неплавящегося типа. В первом случае сварной шов формируется при расплавлении электрода, а во втором — при расплавлении присадочной проволоки.

В целях защиты от окисления, на сварной шов из сварочной головки подаются защитные газы, такие как гелий, аргон, углекислый газ или их смеси. Устойчивость электрической дуги повышается за счет использования в электродах легко ионизируемые вещества (натрий, калий и кальций.

Распространена классификация дуговой сварки по степени механизации процесса. Различаются ручная дуговая сварка (ММА — Manual Metal Arc), механизированная или полуавтоматическая дуговая сварка (MIG/MAG-Metal Inert/Active Gas) и автоматическая дуговая сварка.

При ручной дуговой сварке операции, необходимые для образования шва, выполняются вручную. Удобство ручной дуговой сварки для оператора достигается во многом отсутствием необходимости постоянно носить с собой громоздкий газовый баллон. Газовое облако в этом случае заменяется обмазкой электрода. Когда электрод касается металла, происходит короткое замыкание, и ток расплавляет металл электрода и его обмазку. При этом образующееся облако газа создаст проводящую ионизированную среду для дуги и защитит расплавляемый металл от доступа кислорода.

Электроды для данной операции подбирают по типу металла и его толщине. Тип металла важен потому что в процессе сварки расплавленный металл стержня электрода перетекает в свариваемый метал и сплавляется с ним. Поэтому для более крепкого соединения металлы стержня электрода и свариваемой детали должны быть идентичны. Упаковка электродов всегда имеет указания, для каких металлов подходят электроды.

Диаметр электрода подбирают согласно толщине свариваемой детали. Принцип подбора определяется тем, что чем толще электрод, тем большая сила тока нужна для его расплавки, и данная закономерность справедлива и для свариваемой детали. Поэтому толщину электрода подбирают под толщину кромки свариваемого металла.

Методом ММА можно сваривать детали из большинства распространенных металлов, за исключением алюминия и сплавов на его основе (из-за быстрого окисления и образования тугоплавкой оксидной пленки). В этом случае рекомендуется использование более подходящих сварочных технологий.

При механизированной (полуавтоматической) дуговой сварке плавящийся электрод автоматизирует подачу электродной проволоки в зону сварки, а все другие операции выполняются вручную.

Полуавтоматическая сварка с помощью проволоки используется в основном при сварке листового металла. Отсюда одна из ее традиционных сфер применения – кузовной ремонт, а также создание различных конструкций из тонколистового черного металла. Использование проволоки вместо электродов значительно повышает производительность. Используются катушки емкостью 1 и 5 кг (на бытовых аппаратах), 5 или 15 кг — на профессиональных

Используют проволоку как обычную (без обмазки), так и с обмазкой (т.н. флюсовую). В первом случае применение баллона с газом является обязательным (режим GAS), во втором баллон не требуется (NO GAS). Хотя работа без баллона удобнее, использование проволоки без обмазки распространена гораздо шире. Причиной является значительно более низкая цена по сравнению с флюсовой проволокой. Кроме того, многие специалисты считают, что при использовании баллонов швы получаются аккуратнее.

При автоматической дуговой сварке под флюсом механизированы операции по созданию электрической дуги, поддержанию ее определённой длины дуги, и по перемещению ее по линии сварного шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся при помощи сварочной проволоки диаметром 1-6 мм. Основные параметры сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и другие) более стабильный, благодаря чему шов получается более однородным по всей его длине. Однако при этом возрастают требования по подготовке и сборке деталей для сварки.