Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Промышленные технологии

Сварка: определение, виды и применение

Что такое сварка?

Сварка — технологический процесс соединения двух или более деталей с помощью тепла, давления или обоих, образуя стык при охлаждении частей. Обычно используется для металлов и термопластов, но также применима к дереву. Готовый сварочный стык может называться сварным соединением (weldment).

Некоторые материалы требуют специфических процессов и техник. Некоторые считаются «несвариваемыми» — термин, не встречающийся в словарях, но полезный и описательный в инженерии.

Соединяемые детали называются базовым материалом. Материал, добавляемый для формирования стыка, называется наплавляемым материалом или расходником. Из-за формы этих материалов их можно называть базовой плитой или трубой, порошковой проволокой, расходным электродом (для дуговой сварки) и т.д.

Расходники обычно выбирают по составу, похожему на базовый материал, образуя однородный шов, но бывают случаи (например, сварка хрупкого чугуна), когда используют наплавляемый материал с очень другим составом и свойствами. Такие швы называются гетерогенными.

Готовый сварочный стык может называться сварным соединением (weldment).

Определение сварки

Сварка — технологический процесс, при котором две или более детали сплавляются посредством тепла, давления или обоих, образуя соединение при охлаждении частей. Обычно используется для металлов и термопластов, но также для дерева. Готовый сварочный стык может называться сварным соединением.

Как работает сварка?

Сварка соединяет два материала напрямую без отдельного связующего материала. В отличие от паяки и лужения, использующих припой с более низкой температурой плавления, сварка соединяет заготовки напрямую.

Большинство современной сварки попадает в одну из двух категорий: дуговая сварка и газовая сварка (горелковая).

Дуговая сварка использует электрическую дугу для плавления рабочих материалов и наплавляемого материала (иногда называемого сварным стержнем) для сварочных стыков. Включает закрепление заземляющего провода на свариваемом материале или другой металлической поверхности.

Другой провод — электродный — помещается на материал для сварки. Когда этот провод отводится от материала, генерируется электрическая дуга. Это немного похоже на искры при снятии зарядных проводов с автомобильного аккумулятора. Дуга затем плавит заготовки вместе с наплавляемым материалом, помогающим соединить детали.

Подача наплавляемого материала в сварочный стык требует твердой руки и глазомера. Пока стержень плавится, сварщик должен непрерывно подавать наплавляемый материал в стык малыми, устойчивыми, взад-вперед движениями. Эти движения придают швам их характерный вид. Слишком быстро или медленно, или держать дугу слишком близко или далеко — создает плохие швы.

Сварка покрытым электродом (SMAW или ручная дуговая сварка), газозащищенная сварка с плавящимся электродом (MIG/MAG) и дуговая сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG/WIG) — все являются примерами дуговой сварки.

Эти три распространенных метода имеют уникальные преимущества и недостатки. Ручная дуговая сварка, например, недорога и легка в обучении. Но медленнее и менее универсальна. Наоборот, TIG-сварка сложна в обучении и требует сложного оборудования. Но дает высококачественные швы и может сваркивать материалы, недоступные другим методам.

Газовая сварка (горелковая) — другой популярный метод. Обычно использует ацетиленово-кислородную горелку для плавления рабочего материала и сварного стержня. Сварщик управляет горелкой и стержнем одновременно, получая большой контроль над швом. Хотя газовая сварка стала менее распространенной в промышленности, она все еще часто используется для ремонта и обслуживания, а также в скульптуре.

Виды сварки

Существует четыре основных типа сварки: MIG — газозащищенная сварка с плавящимся электродом (GMAW), TIG — дуговая сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (GTAW), ручная дуговая сварка (SMAW) и порошкопроволочная дуговая сварка (FCAW). Рассмотрим каждый подробнее.

1. MIG-сварка (GMAW)

Одна из самых распространенных типов сварки для начинающих. Используется в автопроме для ремонта выхлопов и в строительстве домов и зданий. Тип дуговой сварки с непрерывной проволокой-электродом. Также используется защитный газ, текущий через сварной пистолет, защищающий от загрязнения.

MIG-сварка на самом деле два разных типа. Первый — с голой проволокой, второй — с порошковой проволокой. Голая проволока MIG для соединения тонких металлов. Порошкопроволочная MIG можно использовать на улице, так как не требует расходомера или подачи газа. MIG-сварка — обычный выбор для DIY и любителей, у которых нет средств на дорогое оборудование.

2. TIG-сварка (GTAW)

Как и MIG, использует дугу, но одна из более сложных техник для обучения. TIG использует вольфрамовый электрод. Вольфрам — один из самых твердых металлов. Не растворяется и не сгорает.

TIG-сварку можно выполнять процессом плавления (fusion), который может использовать наплавляемый материал, а может нет. TIG также использует внешнее газопитание (аргон или гелий).

Для TIG-сварки нужны две руки. Одна ведет стержень, другая держит TIG-горелку. Горелка создает тепло и дугу для сварки большинства распространенных металлов: алюминий, сталь, никелевые сплавы, медные сплавы, кобальт, титан.

TIG-аппараты могут сваркивать сталь, нержавейку, хроммолибден, алюминий, никелевые сплавы, магний, медь, латунь, бронзу и даже золото. TIG — полезный процесс для рам велосипедов, газонокосилок, ручек дверей, крыльев и др.

Аэрокосмическая и автомобильная промышленности используют TIG-сварку, как и другие промышленные рынки. Также отличный тип сварки для фермеров: сварка рам телег, крыльев и другого важного оборудования.

3. Ручная дуговая сварка (SMAW / Stick)

Хотите сварку на выезде? Главное преимущество — переносимость. Применяется в строительстве, обслуживании и ремонте, подводных трубопроводах, промышленном производстве. Используется покрытый электрод-свинец (stick electrode).

Ручная дуговая сварка делает это старым способом. Чуть сложнее освоить, чем MIG, но оборудование можно купить очень дешево для домашней практики. Использует стержень-покрытый электрод. Стержень размягчается и соединяет металлы нагревом электрической дугой между покрытым металлическим электродом и базовой заготовкой. При плавлении стержня его защитное покрытие также плавится, защищая зону сварки от кислорода и других газов в воздухе.

4. Порошкопроволочная дуговая сварка (FCAW)

Похожа на MIG-сварку. Фактически, MIG-аппараты часто могут работать и как FCAW. Как и в MIG, проволока-электрод и наплавляемый материал подается через стержень. Здесь начинаются отличия. В FCAW проволока имеет порошковое ядро, формирующее газовую оболочку вокруг шва. Это устраняет необходимость во внешнем газопитании.

FCAW лучше подходит для более толстых, тяжелых металлов, так как это высокотемпературный тип сварки. Поэтому часто используется для ремонта тяжелого оборудования. Эффективный процесс с малым количеством отходов. Поскольку внешний газ не требуется, также экономичен. Остается немного шлака, требующего очистки для качественного финиша.

5. Плазменно-дуговая сварка (PAW)

Точная техника, часто применяемая в аэрокосмике, где толщина металла 0,015 дюйма (0,38 мм). Пример — лопасть двигателя или воздушная уплотнение. Технически очень похожа на TIG, но электрод вдавлен, и ионизирующие газы в дуге используются для генерации тепла.

Обычная газовая комбинация: аргон как плазмообразующий газ, аргон с 2–5% водорода как защитный. Гелий можно использовать как плазмообразующий газ, но он горячее, снижая амперность сопла.

Хотите узнать больше о плазменной сварке? См. соответствующую статью.

6. Лазерно-лучевая сварка (LBW)

Может использоваться на металлах или термопластах. Как следует из названия, лазер используется как источник тепла для создания швов. Применяется к углеродистым сталям, нержавейкам, HSLA-сталям, титану, алюминию. Легко автоматизируется роботами, поэтому широко используется в производстве, например, в автопроме.

7. Электронно-лучевая сварка (EBW)

Тип сварки, где высокоскоростной электронный пучок использует кинетическую энергию для генерации тепла и сварки двух материалов. Очень требовательный процесс, выполняется механически, в основном в вакууме.

8. Газовая сварка

Редко используется, в значительной степени вытеснена TIG-сваркой. Газовые аппараты требуют кислород и ацетилен, очень переносимы. Все еще иногда используются для сварки частей автомобильного выхлопа.

9. Атомно-водородная сварка

Форма экстремально высокотемпературной сварки, ранее известная как атомно-дуговая сварка. Два вольфрамовых электрода экранируются водородным газом. Может достигать температур выше ацетиленовой горелки и проводиться с наплавляемым материалом или без него. Старая форма сварки, вытесненная MIG-сваркой в последние годы.

10. Электрошлаковая сварка (Electroslag)

Продвинутый процесс для соединения тонких краев двух металлических плит вертикально. Вместо внешнего шва сварка происходит между краями панелей.

Медный электрод-проволока проходит через расходное металлическое направляющее, служащее наплавляемым материалом. При подаче тока загорается дуга, и сварка начинается снизу шва и медленно движется вверх, создавая шов вместо стыка по мере продвижения. Автоматизированный процесс, выполняется машиной.

Типы швов

1. Угловые швы (Fillet Welds)

Угловая сварка — процесс соединения двух металлических деталей, когда они перпендикулярны или под углом. Эти швы обычно называют Т-стыками (две детали перпендикулярно) или наложенными стыками (две детали перекрываются и сваркиваются по краям).

Шов треугольной формы, может иметь вогнутую, плоскую или выпуклую поверхность в зависимости от техники сварщика. Сварщики используют угловые швы при присоединении фланцев к трубам, сварке поперечных сечений инфраструктуры, когда болты недостаточно прочны и быстро изнашиваются.

Угловой шов соединяет две поверхности перпендикулярно, образуя приближенный прямой угол. Дальнейшая категоризация:

Универсальность и низкая стоимость угловых швов сделали их одними из самых широко используемых в сварке. Типичные применения:

2. Шпоночные швы (Groove Welds)

Шпоночной шов — это зазор между двумя элементами стыка, предоставляющий пространство для наплавленного металла. Шпоночные швы — вторые по популярности после угловых швов.

Шпоночной шов — наплавленные швы, отложенные в шпоне между двумя элементами для соединения. Тип шва определяет способ подготовки стыка, соединения или поверхности.

Шпоночные швы позволяют соединять детали в одной плоскости откладкой наплавленных швов в шпоне между ними. Основные типы шпоночных швов:

По сравнению с другими формами сварки, шпоночный процесс обычно более трудоемкий, сложнее в исполнении и требует специального скошения на одной или обеих соединяемых поверхностях.

Однако создает легко инспектируемый, высокопрочный шов и обеспечивает хороший контроль деформаций. Типичные применения:

3. Наплавочные швы (Surfacing Weld)

Швы, состоящие из одной или нескольких нитей или плетений, отложенных на непрерывной поверхности для получения желаемых свойств или размеров.

Наплавка — сварочный процесс нанесения твердого, износостойкого металлического слоя на поверхности или края изношенных деталей. Один из самых экономичных методов сохранения и продления жизни машин, инструментов и строительной техники.

Наплавочный шов состоит из одной или нескольких нитей или плетений. Наплавка (hard facing / wear facing) часто используется для настройки изношенных валов, шестерен, режущих краев.

Наиболее распространенные типы наплавочных швов:

Наплавочные швы обычно используются для добавления износостойкого слоя металла на объект для усиления поверхности или восстановления изношенных участков. В этих случаях используют металл с большей износостойкостью, чем базовый металл.

Эта техника — один из самых экономичных методов защиты и продления срока службы оборудования и инструментов в агрессивных, высокоизносных приложениях. Поверхностная сварка также может использоваться в сочетании с квадратными стыками встык для повышения качества конечного шва.

4. Штопорный шов (Plug Weld) / Розетковый шов (Rosette Weld)

Штопорный шов — слияние двух металлов через швы, помещенные в небольшие круглые отверстия. Обычно выполняется на двух перекрывающихся металлах, где верхний металл имеет отверстия для откладки шва.

Штопорная сварка — альтернатива точечной сварке у автопроизводителей, где нет доступа для точечного сварки. Для DIY-реставрации авто обычно используется вместо точечной сварки на фланцах панелей, которые изначально были точечно сварены.

При правильном выполнении штопорные швы прочнее оригинальных точечных швов. Строители ралли-авто часто используют технику, и она допускается в UK MOT-тесте как альтернатива точечным швам при ремонте старых авто.

Другие применения:

5. Щелевой шов (Slot Weld)

Щелевой шов соединяет поверхность одной детали с другой через удлиненное отверстие. Отверстие может быть открытым на одном конце и частично или полностью заполнено наплавленным металлом.

Это шов в удлиненном отверстии одного элемента наложенного или Т-стыка, соединяющего этот элемент с поверхностью другого элемента, видна через отверстие. Отверстие может быть открыто на одном конце и частично или полностью заполнено наплавленным металлом.

Разница между штопорным и щелевым швами: форма штопорного характеризуется диаметром, а щелевого — диаметром и длиной.

В зависимости от спецификаций детали, один конец отверстия может быть открыт, или отверстие частично/полностью заполнено наплавленным металлом.

Щелевые швы полезны, когда конструкция детали требует перекрытия двух поверхностей. Конкретные применения:

6. Вспышка (Flash Weld)

Сварка вспышкой — метод контактной сварки, исключающий наплавляемые материалы. При процессе ток подается для создания сопротивления между двумя соединяемыми поверхностями. Когда поверхности сходятся в малых контактных точках, ток течет и плавит материал.

Расплавленный материал выходит из стыка в виде распыления расплавленных частиц, создавая характерное вспышкивающее действие. Оксиды и другие загрязнения удаляются с границы раздела, образуется термически смягченная зона на концах двух поверхностей.

Когда достаточно материала расплавилось, сила прижимает поверхности. Это облегчает создание стыка встык без остаточного расплавленного материала в стыке.

Процесс быстрый, экономичный и способен соединять разнородные металлы с разными температурами плавления. Вспышечные швы часто используются для:

7. Шовной шов (Seam Weld)

Шовная сварка — процесс соединения двух однородных или разнородных материалов по стыку с помощью электрического тока и давления. Возможна благодаря контактному сопротивлению между двумя металлами. При прохождении тока между металлами тепло генерируется в малом зазоре.

Процесс в основном используется на металлах, так как они хорошо проводят электричество и выдерживают высокие давления. Электроды поддерживают и контролируют поток электричества.

Этот тип шва может быть создан двумя методами:

Преимущества шовной сварки:

8. Точечный шов (Spot Weld)

Точечная сварка (сопротивления) — процесс сварки сопротивлением. Используется в основном для сварки двух или более металлических листов путем приложения давления и тепла от электрического тока к зоне сварки.

Работает за счет контакта медных электродов с поверхностями листов, где прилагаются давление и ток, и тепло генерируется прохождением тока через сопротивляющие материалы (например, низкоуглеродистую сталь).

Точечные швы относительно легки и дешевы в создании, что делает их популярным выбором в ключевых отраслях:

9. Сварка вдавилением (Upset Weld)

Сварка вдавилением (UW) / контактная сварка встык — техника, создающая сплавление одновременно на всей площади прилегающих поверхностей или последовательно вдоль стыка теплом от сопротивления электрическому току через область контакта поверхностей.

Давление прилагается перед началом нагрева и поддерживается в течение периода нагрева. Оборудование похоже на то, что для вспышечной сварки. Можно использовать только если детали равны по поперечному сечению.

Прилегающие поверхности должны быть очень тщательно подготовлены для правильного нагрева. Разница от вспышечной сварки: детали зажимаются в сварочной машине и сила сближает их плотно.

Высокоамперный ток проходит через стык, нагревая прилегающие поверхности. Когда они нагреты до подходящей температуры ковки, прилагается сила вдавилением и ток прекращается. Высокая температура на прилегающих поверхностях плюс высокое давление вызывают сплавление. После охлаждения сила снимается и шов завершается.

Процесс дает четкие преимущества:

Преимущества сварки

Недостатки сварки

Применение сварки

Сварка широко используется для изготовления сосудов под давлением, мостов, зданий, самолетов и космических аппаратов, ж/д вагонов, в судостроении, автомобилестроении, электротехнике, электронике, оборонной промышленности, прокладке трубопроводов и ж/д путей, на ядерных установках.

Часто задаваемые вопросы

Что такое сварка?

Сварка — технологический процесс, при котором две или более детали сплавляются посредством тепла, давления или обоих, образуя соединение при охлаждении частей. Обычно используется для металлов и термопластов, но также для дерева. Готовый сварочный стык может называться сварным соединением.

Как работает сварка?

Сварка соединяет два материала вместе без отдельного связующего материала. В отличие от паяки и лужения, использующих припой с более низкой температурой плавления, сварка соединяет две заготовки напрямую.

Каковы 4 типа сварки?

Четыре основных типа: MIG — газозащищенная сварка с плавящимся электродом (GMAW), TIG — дуговая сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (GTAW), ручная дуговая сварка (SMAW) и порошкопроволочная дуговая сварка (FCAW).

Каковы 3 типа сварки?

Три самых распространенных: дуговая, MIG (Metal Inert Gas) или GMAW, и TIG (Tungsten Inert Gas). Чтобы знать, какой процесс лучше для конкретной работы, нужно знать о каждом. Дуговая сварка — старейшая из этих трех.

Сколько зарабатывают сварщики в год?

В сварке можно зарабатывать от $29,000 до $117,000 в год, медианная зарплата ~$58,000. Опыт и образование влияют на заработок. Отличное мастерство и опыт ведут к более высокой оплате.

Сварка — это сложно?

Для большинства людей сварка умеренно или очень сложна в обучении, так как это навык ручной работы, требующий больше, чем просто чтение. Кроме того, на практике сварка очень сложна для большинства, потому что требует лет и лет практики поверх обучения.

Сварка — хорошая карьера?

Сварка — отличная карьера, сварщики часто хвалят свою профессию и перечисляют множество преимуществ. В целом, если вы выдерживаете экстремальные условия, длинные часы, дым и огонь регулярно, карьера в сварке может быть вознаграждающей.

Сварка — легкая работа?

Войти легко. Становление сварщиком не требует формального образования, иногда даже опыта. Чем больше знаешь, тем лучше, но это отличный ремесло, потому что можно начать с низов в мастерской и учиться на работе.

Какая сварка самая прочная?

TIG-сварка дает более чистые и точные швы, чем MIG или другие дуговые методы, делая её самой прочной. Но разные работы могут требовать разные методы; хотя TIG обычно прочнее и выше по качеству, используйте MIG или другой метод, если работа требует этого.

Какую сварку учить первой?

MIG-сварка. MIG-аппараты среди лучших для начинающих, так как проектируются с проволокой-электродом на катушке, подаваемой заранее выбранной скоростью через сварной пистолет. Как полуавтоматический или автоматический процесс, газозащищенная сварка с плавящимся электродом (GMAW/MIG) — самая легкая для обучения.

Может ли сварщик зарабатывать $100к?

Поскольку такие работы требуют специализированных навыков и могут быть рискованными, контрактные сварщики могут зарабатывать значительно более $100,000 в год.

Можно ли научиться сварке самостоятельно?

Большинство людей могут выучить основы сварки самостоятельно для базовой фабрикации и обычных ремонтов, изучая контент из надежных источников и много практикуясь. Однако при профессиональных намерениях нельзя быстро достичь высокого уровня мастерства без руководства экспертов.

Какая сварка самая сложная для обучения?

TIG-сварка — самая сложная форма сварки для обучения по множеству причин. Процесс медленный и требует времени для привыкания новичку. TIG-аппарат требует педаль для подачи электрода и контроля переменного тока при устойчивой руке на горелке.

Каковы 5 типов швов?

Разные типы сварки и их применение:

Каковы 7 основных типов сварки?

Основные типы сварки:

Какой тип сварки лучший?

Ручная дуговая сварка (Stick) — самый популярный процесс. Самый универсальный и использует простое оборудование. Маленький легкий электрод и держатель можно использовать в очень тесных местах или на расстоянии нескольких сотен футов от источника питания.

Каковы основы сварки?

Сварка по сути — соединение двух объектов с помощью тепла и наплавляемого материала. Наплавляемый материал нагревается до плавления и способен заполнить пространство между двумя объектами. Результат — прочный стык (также известный как шов).

Какая сварка лучше: TIG или MIG?

TIG-швы лучше для тонких металлов и мелких проектов, так как дают точные и чистые швы. MIG-швы хорошо работают с крупными проектами с толстыми металлами, требующими длинных непрерывных прогонов. MIG обычно легче контролировать и лучше для начинающих. Стоимость: TIG дороже MIG.

Что нужно иметь 4 вещи перед сваркой?

Всегда должно быть надлежащее средства защиты еще до начала — важнейшие: защитные очки, сварочные перчатки, автоматическая сварная маска (защита глаз от вспышки), и огнеупорная куртка.

Что такое G в сварке?

F означает угловой шов (fillet weld), G — шпоночной шов (groove weld). Угловой шов соединяет две металлические детали, перпендикулярные или под углом. Шпоночной шов делается в шпоне между заготовками или между краями заготовок. В этой системе 2G — шпоночной шов в горизонтальном положении.

Как выбрать тип сварки?

Для оценки наиболее подходящего сварочного процесса для работы обычно рассматривают:

Промышленные технологии

  1. Гипервизор: определение, типы и реальные примеры
  2. Токарная обработка: определение, типы и основные операции
  3. Плазменно-дуговая сварка (PAW): обзор процесса, составные части и принцип работы
  4. Токарные станки: типы, функции и применение
  5. Аргонно-вольфрамовая сварка (TIG/GTAW): процесс, преимущества и применение
  6. Понимание дуговой сварки: виды, принцип работы и ключевые преимущества
  7. Точечная сварка: определение, процесс и применение
  8. Сверлильные станки: определение, компоненты и классификация
  9. Шлифовальные станки: определение, виды и применение
  10. Инженерные допуски: Определение, виды и практическое применение