Сварка: определение, процессы и типы

Что такое сварка?

Сварка — это производственный процесс, который использует тепло, давление или оба фактора для слияния двух и более деталей вместе с образованием соединения по мере остывания частей. Сварка обычно используется с металлами и термопластами, но также может применяться к дереву. Завершенное сваренное соединение может называться сварным швом (weldment).

Некоторые материалы требуют использования специальных процессов и техник. Некоторые считаются «несвариваемыми». Этот термин обычно не встречается в словарях, но полезен и описателен в инженерии.

Деталь, подлежащая соединению, называется базовым материалом. Материалы, добавляемые для формирования соединения, называются наполнителями или расходниками. Исходя из формы этих материалов, их могут называть подложками или трубками, флюс-наполненной проволокой, расходными электродами (для дуговой сварки) и т.д.

Расходники обычно выбирают схожими по составу с базовым металлом, чтобы они образовывали однородный шов, но есть случаи, такие как сварка хрупкого чугуна, где используются наполнители с очень разным составом, и поэтому свойства сильно отличаются. Эти швы называются несродными швами.

Завершенное сваренное соединение иногда называют сварным швом (weldment).

Определение сварки

Сварка — это технологический процесс, при котором две или более детали сливаются вместе посредством тепла, давления или обоих, образуя соединение по мере остывания частей. Сварка обычно используется на металлах и термопластах, но также может применяться к дереву. Завершенное сваренное соединение может называться сварным швом.

Как работает сварка?

Сварка выполняется путем соединения двух материалов вместе без какого-либо клея. В отличие от пайки и лужения, которые используют клеи с низкой температурой плавления, сварка соединяет две заготовки напрямую.

Большинство сварки, выполняемой сегодня, делится на одну из двух категорий: дуговая сварка и газовая сварка (горелковая).

Дуговая сварка использует электрическую дугу для плавления рабочего материала и наполнительного металла (иногда называемого сварочным стержнем) для сварочных соединений. Дуговая сварка включает подключение заземляющего провода к сварочному материалу или другим металлическим поверхностям.

Другой провод, называемый электродным проводом, помещается в материал для сварки. Электрическая дуга возникает, когда этот провод отдаляется от материала. Это немного похоже на искру, которую вы получаете, когда снимаете зарядное кабель от автомобильного аккумулятора. Дуга плавит заготовку вместе с наполнительным материалом, который помогает связать детали вместе.

Подача наполнителя в сварочное соединение требует устойчивой руки и внимания к деталям. По мере плавления стержня сварщик должен непрерывно подавать наполнитель в соединение, используя мелкие, равномерные движения вперед-назад. Эти движения придают шву его уникальный вид. Движение дуги слишком быстро или слишком медленно, слишком близко или слишком далеко от материала может привести к плохому шву.

Сварка защищенным металлическим электродом (SMAW или ручная дуговая сварка), газозащищенная дуговая сварка с расплавляющимся электродом (более известная как MIG — сварка в инертном газе) и дуговая сварка с вольфрамовым электродом в инертном газе (часто называемая TIG — вольфрам-инертный газ) — примеры дуговой сварки.

У каждого из этих трех распространенных методов свои сильные и слабые стороны. Например, ручная дуговая сварка дешева и легка в обучении. Она также медленнее и менее гибка, чем другие методы. И наоборот, TIG-сварка трудна в освоении и требует сложного сварочного оборудования. Однако TIG-сварка дает высококачественные швы и может сваркивать материалы, которые иначе не поддаются сварке.

Газовая сварка представляет другой распространенный сварочный метод. Этот процесс обычно использует кислородно-ацетиленовый горелку для плавления заготовки и сварочного стержня. Сварщик управляет горелкой и стержнем одновременно, давая более точный контроль над швом. Газовая сварка стала менее распространенной в промышленности, но все еще часто используется для ремонтных работ, а также в скульптуре.

Типы сварки

Существует четыре основных типа сварки. MIG — газозащищенная дуговая сварка с расплавляющимся электродом (GMAW), TIG — дуговая сварка с вольфрамовым электродом в инертном газе (GTAW), Stick — ручная дуговая сварка (SMAW), и Flux-cored — дуговая сварка с флюс-наполненной проволокой (FCAW). Мы подробнее рассмотрим каждый тип сварки здесь.

1. MIG-СВАРКА ИЛИ GMAW

MIG-сварка — один из самых распространенных типов сварки, которые новички должны выучить. MIG-сварка используется в автомобильной промышленности для ремонта выхлопных систем автомобилей и для строительства домов и зданий. Дуговая сварка, использующая непрерывную проволоку, называемую электродом. Она также использует защитный газ, проходящий через сварочный пистолет и защищающий его от загрязнения.

MIG-сварка на самом деле представляет два разных типа сварки. Первый использует голую проволоку, а второй — флюс-наполненную. MIG с голой проволокой может использоваться для соединения тонких металлических полос. Флюс-наполненная MIG-сварка может использоваться на открытом воздухе, так как не требуется расходомер или источник газа. MIG-сварка обычно является выбором для DIY и любительских сварщиков, у которых нет денег на дорогое оборудование.

2. TIG-СВАРКА ИЛИ GTAW

Как и MIG, TIG-сварка использует дугу, но также является одной из самых сложных сварочных техник для освоения. Вольфрамовые электроды используются в TIG-сварке. Вольфрам — один из самых твердых металлических материалов. Он не плавится и не горит.

TIG-сварка может выполняться процессом, называемым плавлением, с наполнительным металлом или без него. TIG также использует внешний источник газа, такой как аргон или гелий.

TIG-сварка требует обеих рук. Держите TIG-горелку одной рукой и ведите стержень другой. Эта горелка производит тепло и дугу, которые используются для сварки самых распространенных металлов, включая алюминий, сталь, никелевые сплавы, медные сплавы, кобальт и титан.

TIG-сварочный аппарат может использоваться для сварки стали, нержавеющей стали, хромоли, алюминия, никелевых сплавов, магния, меди, латуни, бронзы и даже золота. TIG — полезный сварочный процесс для рам велосипедов, газонокосилок, ручек дверей, крыльев и т.д.

Авиакосмическая и автомобильная промышленности, как и другие промышленные рынки, используют TIG-сварку. Это также отличный тип сварки для Иовы, так как он очень полезен для фермеров для сварки рам телег, крыльев и другого жизненно важного оборудования.

3. РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА (STICK) ИЛИ SMAW

Хотите принести сварку домой? Главное преимущество ручной дуговой сварки — ее переносимость. Ручная дуговая сварка используется в строительстве, обслуживании и ремонте, подводных трубопроводах и промышленном производстве. В этом типе сварки используется сварка защищенным металлическим электродом, более известная как ручная дуговая сварка.

Ручная дуговая сварка, которая также называется дуговой сваркой, выполняется старым способом. Ручная дуговая сварка немного сложнее в обучении, чем MIG-сварка, но если вы хотите попробовать ее дома, оборудование для ручной дуговой сварки можно приобрести за долю стоимости. Сварочные стержни с облученными электродами используются в ручной дуговой сварке.

Используются расходные защищенные электроды или стержни. Стержень размягчает и соединяет металл нагреванием его электрической дугой между облученным металлическим электродом и базовой металлической заготовкой. Когда стержень плавится, защитное покрытие также плавится, защищая сварочную зону от кислорода и других газов в воздухе.

4. ДУГОВАЯ СВАРКА С ФЛЮС-НАПОЛНЕННОЙ ПРОВОЛОКОЙ (FCAW)

Этот тип сварки похож на MIG-сварку. На самом деле, MIG-сварочные аппараты часто в два раза дороже, чем FCAW-сварочные аппараты. Как и в MIG-сварке, проволока, действующая как электрод и наполнительный металл, нанизывается на стержень. Здесь начинаются изменения. В FCAW проволока имеет флюс-ядро, которое образует газовую защиту вокруг шва. Это устраняет необходимость во внешнем источнике газа.

FCAW — это тип высокотемпературной сварки, поэтому она подходит для более толстых и тяжелых металлов. По этой причине она часто используется для ремонта тяжелого оборудования. Это эффективный процесс с малыми отходами. Он экономичен, так как не нужен внешний газ. Однако остается некоторый шлак, который нужно немного очистить для получения хорошего шва.

5. ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ СВАРКА

Плазменно-дуговая сварка — это техника высокой точности, обычно используемая в авиакосмических приложениях с металлами толщиной до 0,015 дюйма. Примеры таких применений — лопатки двигателей и воздушные уплотнения. Плазменно-дуговая сварка технически очень похожа на TIG-сварку, но имеет встроенный электрод и использует ионизированный газ внутри дуги для генерации тепла.

Типичная газовая комбинация — аргон как плазменный газ и аргон с 2–5% водорода как защитный газ. Гелий может использоваться как плазменный газ, но высокая температура гелия снижает силу тока сопла.

Хотите узнать больше о плазменной сварке? Посмотрите эту статью.

6. ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА

Этот тип сварки можно использовать на металлах или термопластах. Как следует из названия, лазер используется как источник тепла для создания шва. Работает на углеродистой стали, нержавеющей стали, стали HSLA, титане и алюминии. Широко используется в производственных отраслях, таких как автомобильная промышленность, потому что ее можно легко автоматизировать с роботами.

7. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА

Тип сварки, в котором высокоскоростной электронный луч использует кинетическую энергию для генерации тепла для соединения двух материалов. Это очень сложный сварочный метод, выполняемый механически и в основном в вакууме.

8. ГАЗОВАЯ СВАРКА

Газовая сварка редко используется и в основном заменена TIG-сваркой. Газовые сварочные аппараты требуют кислорода и ацетилена и очень переносимы. Иногда они используются для сварки деталей автомобильного выхлопа вместе.

9. АТОМНО-ВОДОРОДНАЯ СВАРКА

Атомно-водородная сварка — это тип ультравысокотемпературной сварки, ранее известный как атомно-дуговая сварка. В этом типе сварки два вольфрамовых электрода защищены водородным газом. Она может достигать температур выше, чем ацетиленовая горелка, и может выполняться с наполнительным металлом или без него. Это старая форма сварки, которая в последние годы заменена MIG-сваркой.

10. ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА

Это продвинутый сварочный процесс, используемый для вертикального соединения тонких краев двух металлических листов. Шов делается между краями двух панелей, а не снаружи соединения.

Медный электродный провод проходит через расходную металлическую направляющую трубку, действующую как наполнительный материал. При приложении электрического тока создается дуга, которая начинает сварку снизу шва и медленно движется вверх, создавая шов вместо шва по мере продвижения. Это автоматизированный процесс, выполняемый машинами.

Типы швов

1. Угловатые швы (Fillet Welds)

Угловатая сварка относится к процессу соединения двух кусков металла вертикально или под углом. Эти швы обычно называются Т-соединениями (две детали металла перпендикулярны друг другу) или нахлесточными соединениями (две детали металла, нахлестывающие и сваренные по их краям).

Шов имеет треугольную форму и в зависимости от мастерства сварщика может быть вогнутым, плоским или выпуклым. Сварщики используют угловатые швы при соединении фланцев с трубами и подстроечной сварке секций и когда болты недостаточно прочны и быстро изнашиваются.

Угловатой шов соединяет две поверхности перпендикулярно и создает почти прямой угол между ними. Этот стиль сварки можно классифицировать на следующие подгруппы:

• Полное заполнение углового шва. Для полных угловых швов размер шва равен толщине тонкостенных деталей, соединяемых.
• Угловатой шв с чередующейся прерывистостью. Неясный чередующийся плавный шв характеризуется образованием двух смещенных чередующихся линий шва по обе стороны от соединения.
• Цепной чередующийся угловатой шв. Прерывистые угловые швы образуют цепь из двух прерывистых линий угловых швов примерно напротив друг друга по обе стороны от Т-соединения.

Универсальность и низкая стоимость угловых швов делают их одним из самых широко используемых соединений в сварочной промышленности. Типичные применения включают:

• Соединение фланцев с трубами
• Стойки связи
• Сдвиговые табы
• Накладные пластины
• Основания колонн
• Шовные и строчечные швы

2. Швы в подготовке (Groove Welds)

Шов в подготовке определяется как раскрытие между двумя элементами соединения, обеспечивающее пространство для вставки металла. После угловых швов швы в подготовке являются наиболее широко используемыми швами. Второй по распространенности метод сварки — сварка в подготовке.

Сварка в подготовке — это размещение гайки в подготовке между двумя деталями для соединения. Тип используемого шва определяет, как подготовлены швы, соединения или поверхности.

Сварка в подготовке позволяет соединять детали на одной пластине путем размещения шва в подготовке между деталями. Основные типы швов в подготовке:

• Раскрытый фаско-шов (Flare-bevel)
• Раскрытый V-шов (Flare-V)
• Однофасный шов в подготовке (Single-bevel groove)
• Однофасный J-шов (Single-J groove)
• Однофасный U-шов (Single-U groove)
• Однофасный V-шов (Single-V groove)
• Квадратный шов в подготовке (Square groove)

Процесс сварки в подготовке обычно медленный и сложный по сравнению с другими формами сварки и обычно требует специальных фасок на одной или обеих сторонах для соединения.

Однако он производит прочный шов, который легко инспектируется и обеспечивает отличный контроль деформаций. Общие применения для сварки в подготовке включают:

• Моментные соединения
• Стыки колонн
• Соединения полых стальных профилей (HSS)

3. Накладная сварка (Surfacing Weld)

Это швы, состоящие из одного или нескольких шнуров или косичек, отложенных на непрерывной поверхности для получения желаемых свойств или размеров.

Накладка — это сварочный процесс, используемый для нанесения твердого, износостойкого металлического слоя на поверхность или край изношенных деталей. Один из самых экономичных способов увеличения и поддержания срока службы строительной техники, инструментов и оборудования.

Накладной шов состоит из одного или нескольких шнуров или косичек. Накладки, также называемые накладкой твердым сплавом (hardfacing) или износостойкой накладкой, часто используются для ремонта изношенных валов, шестерен или режущих краев.

Наиболее распространенные типы накладных швов включают:

• Накладка дуговой сваркой с флюс-наполненной проволокой (FCAW)
• Печное плавление
• Накладка газозащищенной дуговой сваркой с расплавляющимся электродом (GMAW)
• Накладка дуговой сваркой с вольфрамовым электродом в инертном газе (GTAW)
• Кислородно-ацетиленовая накладка
• Плазменная накладка
• Накладка подфлюсовая дуговая сварка (SAW)
• Накладка ручной дуговой сваркой (SMAW)

Поверхностная сварка обычно используется для добавления износостойкого металлического слоя к объекту для усиления его поверхности или восстановления изношенных участков. В этом случае сварка выполняется металлом с более высокой износостойкостью, чем базовый материал.

Эта технология является одним из самых рентабельных способов защиты и продления срока службы оборудования и инструментов, используемых в агрессивных и высокоизносных применениях. Поверхностная сварка также может использоваться в сочетании со стыковыми соединениями для улучшения качества конечного шва.

4. Заборная сварка (Plug Welding)

Заборная сварка, также называемая розеточной сваркой, — это когда два металла соединяются вместе швом, помещенным в небольшое круглое отверстие. Этот процесс обычно включает нахлестывание двух металлов, при чем верхний металл имеет отверстие для отложения шва.

Заборная сварка — альтернатива точечной сварке, используемая автопроизводителями с плохим доступом к точечному сварочному аппарату. Обычно используется в DIY автореставрации для замены точечных швов на фланцах панелей, которые изначально были точечно сварены.

Заборные швы, выполненные правильно, сильнее оригинальных точечных швов. Производители ралли-автомобилей часто используют эту технику, и она допускается в英国 MOT тестах как альтернатива точечной сварке для ремонта старых автомобилей.

Другие применения включают:

• Сварку стержней внутри трубы
• Соединение металлов, отличающихся по толщине
• Производство и ремонт автокузовов

5. Продольная сварка (Slot Weld)

Продольная сварка соединяет поверхность одного материала с другой через удлиненное отверстие. Отверстие может быть открытым на одном конце и частично или полностью заполнено сварочным материалом.

Это шов, соединяющий удлиненное отверстие в одном элементе нахлесточного или Т-соединения с поверхностью другого элемента, выставленной через отверстие. Это отверстие может быть открыто на одной стороне и может быть частично или полностью заполнено сварочным металлом.

Продольная сварка соединяет одну поверхность с другой через удлиненное отверстие. Разница между заборной и продольной сварками в том, что форма заборных швов определяется диаметром, в то время как форма продольных швов определяется диаметром и длиной.

В зависимости от спецификации детали, отверстие может быть открыто на одном конце или отверстие может быть частично или полностью заполнено сварочным материалом.

Продольные швы полезны, когда конструкция детали требует нахлеста между двумя поверхностями. Специальные применения продольной сварки:

• Передача сдвигающего усилия в нахлесточных соединениях
• Предотвращение потери устойчивости в нахлестывающих деталях

6. Вспышка-сварка (Flash Weld)

Вспышка-сварка — это метод сварки сопротивлением, который не требует наполнительного металла. Во время процесса вспышка-сварки электрический ток приложен для создания сопротивления между двумя поверхностями для соединения. Когда две поверхности соприкасаются с небольшим контактом, течет электрический ток и материал плавится.

Расплавленный материал выбрасывается из соединения в виде брызг расплавленных частиц, создавая уникальное действие промывки. Оксиды и другие загрязнения удаляются с границы раздела и образуют термически размягченную зону на крае двух поверхностей.

Как только материал достаточно расплавился, сила приложена для соединения поверхностей вместе. Это способствует созданию стыковых швов без расплавленного материала на соединении.

Процесс вспышка-сварки быстрый, экономичный и может соединять несродные металлы с разными температурами плавления. Вспышка-сварка часто используется:

• Соединение секций главных путей в железнодорожном строительстве
• Соединение толстых заготовок, таких как цепи или трубы
• Слияние металлических листов, стержней и прутьев

7. Шовная сварка (Seam Weld)

Шовная сварка — это процесс соединения двух подобных или несродных материалов в соединении с использованием электрического тока и давления. Шовная сварка возможна благодаря контактному сопротивлению, создаваемому между двумя металлами. Когда ток проходит между металлами, тепло генерируется в малых зазорах.

Этот процесс в основном используется для металлов, так как они легко проводят электричество и могут выдерживать относительно высокие давления. Когда ток проходит между металлами, тепло генерируется в малых зазорах. Электроды поддерживают и контролируют поток электричества.

Этот тип шва можно создать двумя способами:

• Сопротивление шовная сварка. Сопротивление швная сварка — это адаптация точечной сварки, использующая моторное колесо вместо фиксированного стержня на сварочном электроде. Общие применения включают обработку листового металла и производство автомобильных деталей, таких как топливные баки, радиаторы и стальные бочки.
• Тренческая шовная сварка. Тренческая швная сварка использует трение вместо электрода для генерации тепла. Это позволяет поверхностям сливаться в твердой фазе, таким образом устраняя возникновение интердиффузии. Тренческая швная сварка часто предпочтительна для материалов, изначально трудных для сварки обычными дуговыми методами.

Преимущества швной сварки включают:

• Обеспечивает прочные, долговечные швы
• Относительно легко выполнять
• Идеально для производства герметичных сосудов для жидкостей и газов

8. Точечная сварка (Spot Weld)

Точечная сварка (также называемая сопротивление точечной сварки) — это процесс сварки сопротивлением. Этот сварочный процесс в основном используется для сварки двух и более металлических листов путем приложения давления и тепла от электрического тока к зоне сварки.

Это делается путем размещения электрода из медного сплава с поверхностью листа, где применяются давление и ток, и тепло генерируется по мере прохождения тока через резистивный материал, такой как низкоуглеродистая сталь.

Точечная сварка относительно легкая и недорогая, что делает ее популярным сварочным выбором в нескольких основных отраслях, включая:

• Автомобилестроение
• Авиакосмическая промышленность
• Строительство
• Электроника
• Металлическое мебельное строительство
• Железнодорожное дело

9. Уплотнительная сварка (Upset Weld)

Уплотнительная сварка (UW)/сварка сопротивлением стык-к-стык — это сварочная техника, производящая сплавление одновременно по всей площади прилегающих поверхностей или последовательно вдоль соединения, теплом, полученным от сопротивления электрическому току через область, где эти поверхности контактируют.

Приложите давление перед началом нагрева и поддерживайте давление во время нагрева. Оборудование, используемое для флюс-сварки, очень похоже на оборудование вспышка-сварки. Доступно только если детали для сварки имеют равные поперечные сечения.

Прилегающие поверхности должны быть тщательно подготовлены для обеспечения адекватного нагрева. Разница в вспышка-сварке в том, что детали зажимаются сварочным станком и сила приложена к ним для плотного соединения.

Ток высокой силы затем проходит через соединение и нагревает поверхность соединения. Когда они нагреты до соответствующей ковательной температуры, нарушающая сила приложена и ток прерывается. Сплавление происходит из-за высокой температуры и давления работы на поверхностях соединения. После остывания сила отпускается и сварка завершена.

Процесс уплотнительной сварки имеет несколько отличных преимуществ, включая:

• Высококачественные швы с меньшим количеством дефектов сплавления
• Совместимость с широкой вариацией стандартных и трудных для сварки материалов
• Сварочное оборудование, легко контролируемое, эксплуатируемое и обслуживаемое

Преимущества сварки

• Сваренные соединения прочны и могут быть прочнее базового металла.
• Можно сваркивать разные материалы.
• Сварка может выполняться где угодно и не требует большого расстояния.
• Обеспечивает элегантный вид и простоту дизайна.
• Они могут выполняться в любой форме, в любом направлении.
• Может быть автоматизированной.
• Обеспечивает идеально жесткое соединение.
• Легкое добавление и модификация существующих структур.

Недостатки сварки

• Детали могут деформироваться во время сварки из-за неравномерного нагрева и остывания.
• Это постоянные соединения, поэтому швы нужно резать, чтобы отделить их.
• Высокие начальные инвестиции.

Применение сварки

Сварка обычно используется в емкостях под давлением, мостах, зданиях, самолетах и космических аппаратах, железнодорожном подвижном составе и судостроении, автомобилестроении, электрической, электронной и оборонной промышленности, трубопроводах и железных дорогах, и атомных электростанциях. Установка.

• Фабрикация листового металла.
• Автомобильная и авиакосмическая промышленности.
• Соединение черных и цветных металлов.
• Соединение тонких металлов.

Часто задаваемые вопросы

Что такое сварка?

Сварка — это технологический процесс, при котором две или более детали сливаются вместе посредством тепла, давления или обоих, образуя соединение по мере остывания частей. Сварка обычно используется на металлах и термопластах, но также может применяться к дереву. Завершенное сваренное соединение может называться сварным швом.

Как работает сварка?

Сварка работает путем соединения двух материалов вместе без отдельного связующего материала. В отличие от лужения и пайки, которые используют связующее с более низкой точкой плавления, сварка соединяет две заготовки напрямую вместе.

Каковы 4 типа сварки?

Существует четыре основных типа сварки. MIG — газозащищенная дуговая сварка с расплавляющимся электродом (GMAW), TIG — дуговая сварка с вольфрамовым электродом в инертном газе (GTAW), Stick — ручная дуговая сварка (SMAW) и Flux-cored — дуговая сварка с флюс-наполненной проволокой (FCAW).

Сколько зарабатывают сварщики в год?

Сколько зарабатывает сварщик? Ну, в сварке вы можете зарабатывать от $29,000 до $117,000 в год, с медианной годовой зарплатой $58,000. Опыт и уровень образования влияют на то, сколько зарабатывает сварщик. Отличное мастерство и опыт могут привести к более высокой оплате.

Каковы 7 основных типов сварки?

Основные типы сварки:
1. MIG-сварка — газозащищенная дуговая сварка с расплавляющимся электродом (GMAW)
2. TIG-сварка — дуговая сварка с вольфрамовым электродом в инертном газе (GTAW)
3. Ручная дуговая сварка — защищенная металлическая дуговая сварка (SMAW)
4. Флюс-сварка — дуговая сварка с флюс-наполненной проволокой (FCAW)
5. Лучевая сварка (EBW)
6. Атомно-водородная сварка (AHW)
7. Газово-вольфрамно-дуговая сварка.
8. Плазменно-дуговая сварка.