Виды дуговой сварки

Электросварка соединяет металлические части конструкции посредством плавления металла. Благодаря дуговой сварке, создается неразъемное соединение, прочное и долговечное при производстве новых изделий или при ремонте бывших в употреблении.
В наши дни без сварки не может обойтись ни одна отрасль промышленности, начиная от автомобилестроения и заканчивая космической.

Кто изобрел сварку?

Приятно осознавать, что идея сваривать металлические детали с помощью тока пришла российским ученым.
В далеком 1753 году академик Г.В.Рихман выдвинул предположение, что металл будет плавиться под воздействием искры, исходящей от электричества.
Спустя 50 лет профессор В.В.Петров подхватил эту идею и провел ряд опытов по плавлению металла с помощью электрической дуги. Василий Владимирович смог обстоятельно представить действие электрической дуги на металлы как открытие, которое вызвало повышенный интерес у научного мирового сообщества.
Но несмотря на успешные лабораторные опыты, промышленное применение сварки впервые было осуществлено лишь в конце XIX века. И сделано это было опять в России.
Инженер Н.Н.Бенардос зарегистрировал практический способ скрепления металлических элементов под действием тока в качестве патентованного изобретения. Николай Николаевич внедрил сварку в промышленность. Своему «детищу», первому сварочному агрегату Бенардос дал звучное имя - электрогефест, в честь греческого бога кузнечества и огня.
Больше века сварочное дело развивается, изобретаются новые аппараты и инвентарь. Однако принцип, положенный в основу сварки, остается прежним: электрическая дуга, вспыхивающая между электродом и металлом, заставляет плавиться любой металл под действием тепловой энергии.

Сварка как технологический процесс

Активирует процесс сварки дуга, возникающая под действием электрического тока. Дуговой разряд расположен между электродом и металлом (заготовкой для сварки).
Под влиянием дуговой температуры (доходящей до 7000°С) металл из твердого вещества переходит в мягкое и текучее состояние. Таким образом плавится область соединения свариваемых заготовок, электрода, присадки. Расплавленные фракции всех элементов сварки смешиваются и стекают в так называемую сварочную ванну. После охлаждения металла сварочная ванна застывает. Это и есть сварочный шов.
Однако существует нюанс, который усложняет сварочный процесс. Дело в том, что в сварочной зоне, где температура достигает очень высоких значений, начинают растворяться и вступать в реакцию с металлом атмосферные газы. Отрицательные последствия приносит контакт металла с кислородом. Это оказывает негативное влияние на прочность шва.

Чтобы разрушить связь кислорода с металлом, следует защитить сварочную зону от его проникновения. Для этого изобрели следующие способы:

• электрод с покрытием (сгорая, покрытие создает защитное облако, вытесняющее атмосферные газы);
• флюс (порошок, который действует аналогично защитным газам;
• сварка в вакууме;
• порошковая проволока (в ней находятся флюсовые вещества);
• защитный газ (доставляется к месту сварки непосредственно из баллонов);
• комбинированная защита.

Полярность электродов при дуговой сварке

Выбор полярности определяется размером и элементным содержанием металла.

• К заготовкам большой толщины применяют прямую полярность.
• Тонкие листы металла поддаются сварке с обратной полярностью. Так же обратную полярность используют для работы с легкоплавкими материалами.

Схема подключения электродов отражена в таблице.
Виды электродов, которые применяются для дуговой сварки, распределяют по двум группам:

• Неплавящиеся электроды. Дуговая сварка посредством вольфрамовых, графитных и угольных стрежней.
• Плавящиеся электроды. Процесс сваривания проходит с помощью электродов или проволоки сплошного сечения (расходники могут быть стальными, медными, титановыми, алюминиевыми и др.).

***
Еще одна классификация учитывает не только материал электродов, но и их место в электрической цепи.

• Метод Н.Г.Славянова. Сварка происходит в результате плавления электрода или сварочной проволоки сплошного сечения. Продукты плавления заполняют сварочную нишу, потом на их месте появляется шов.
• Сварка неплавящимся электродом. Под действием сварочной дуги свариваемые детали и/или присадки (но не электрод) начинают деформироваться или переходить в текучее состояние. Для таких целей используют угольный или вольфрамовый электрод.
• Комбинированная сварка. Сварка производится с помощью двух электродов. Три точки подключения (2 электрода и металл детали) соединяются с фазами трехфазного тока. В процессе сварки от каждого электрода идет своя дуга к металлу. Такой способ еще называют трехфазным.
• Дуга косвенного действия. Американский химик Ирвинг Лангмюр разработал метод сварки, где участвуют два электрода, подключенные к трехфазному трансформатору. Сварочная дуга возникает между электродами, которые проводят ток. Полученную таким образом дугу подводят к металлу в месте стыка деталей. Под действием дуги металл плавится.

Для сварки методом Лангмюра используют электроды плавящегося и неплавящегося типа.

Виды дуговой сварки по степени автоматизации

Исходя из применяемых аппаратов и инвентаря, дуговая сварка делится на три категории.

• Ручная сварка

Метод имеет название «ручная» из-за того, что почти все операции (подача электрода, розжиг дуги, продвижение электрода по границе сваривания) осуществляется ручным способом.
Научиться основным приемам ручной дуговой сварки несложно, нужно лишь закрепить навыки. Благодаря своей доступности и приемлемой стоимости оборудования, ручная дуговая сварка пользуется наибольшим спросом.
Для организации ручной сварки нужны инверторы и генераторы. Инверторы удобны при выездных работах — аппараты весят немного. Генераторы довольно тяжелые и оптимально их устанавливать стационарно.
Расходные материалы для ручной дуговой сварки — электроды с покрытием-обмазкой. Оно выглядит плотный порошковый слой. Обмазка предохраняет сварочную зону от попадания в нее газов воздуха, поддерживает стабильность дуги, а также влияет на качество сварочный ванны.

Задача сварщика при ручном методе:

• подать электрод к месту сварки;
• вести сварную дугу по контуру стыка заготовок.

«Плюсы» метода

• Маневренность и небольшой вес оборудования.
• Доступное обучение данному способу сварки.
• Сварка производится во всех положениях.
• Простая замена расходных материалов.
• Сварка всевозможных сплавов.
• Качественный прочный сварной шов.

«Минусы» метода

• Требуется отработка навыка сварки, так как результат работы в основном зависит от мастерства сварщика.
• Дуговая ручная сварка относится к вредным производствам.
• Сложно работать с тонкими заготовками (меньше 1,5 мм).
• Низкий КПД.

• Полуавтоматическая сварка

Если при ручной дуговой сварке сварщик вводил электроды самостоятельно, то при полуавтоматическом способе расходные материалы продвигаются в сварочную зону без участия мастера. В качестве расходников используются уже не электроды, а сварочная проволока.
Проволока для работы полуавтоматом зависит от формы, которая должна соответствовать сварочному желобку.
Функция сварщика упрощается: надо лишь вести проволоку по границе свариваемых элементов.

Защита от атмосферных газов производится двумя способами:

• в сварочную зону подается газ из баллона (активный газ — например, углекислый — или инертный газ — например, аргон);
• проволока с флюсом.

Полуавтоматическая сварка подходит для решения производственных задач. Оборудование для сварки тяжелое и объемное для переноски.

«Плюсы» метода

• Качество сварных швов в меньшей степени зависят от навыков сварщика.
• От сварщика требуется меньше усилий.
• Результат сварки — аккуратные, равномерные и прочные швы.
• Маленькая площадь температурного действия.
• Сварка производится в разных позициях.
• Расширенные перспективы работы с тонколистовыми материалами (от 0.5 мм).
• Повышенная эффективность сварочных работ.

«Минусы» метода

• Тяжелое оборудование (аппарат + емкость с газом) ограничивает возможность для передвижных работ.
• Проволока с флюсом может перегибаться, что мешает рабочему процессу.

• Аргонодуговая сварка (TIG)

Двойное название этого метода сварки отражает российский вариант и его международный аналог. В соответствии с ГОСТом, метод сварки называется аргонодуговым, но в европейских и азиатских странах его называют Tungsten Inert Gas (сокращенно TIG). Перевод названия — вольфрам инертный газ.
И то, и другое название пытается отразить суть метода: дуговая сварка производится вольфрамовым электродом под защитой газа аргона.
С помощью TIG-сварки сваривают алюминиевые сплавы, сплавы никеля и меди, нержавеющую сталь и др. стали.
В арсенал оборудования включается горелка с защитным газом. Горелка может подстраиваться под ширину шва с помощью различных линз, надевающихся на сопло.
Горелка скомбинирована с устройством, проводящим ток. Сделано это для того, чтобы вольфрамовый электрод, удерживаемый токопроводящим элементом, во время сварочного процесса находился в защитном облаке аргона.
Электрод образует дугу, идущую к металлу (к заготовке), но соединение сварочных кромок в большинстве случаев происходит вследствие плавления заготовок, а не электрода.
В ситуации, когда нужно наполнение шва, используют присадочную проволоку. Она подается в сварочную зону ручным способом, расплавляется и формирует шовный валик.

«Плюсы» метода

• TIG-сварка дает самые ровные сварочные швы, так как металл при плавлении не разбрызгивается, не образует натеков, а застывает ровно в назначенных пределах.
• TIG-сваркой можно варить самый тонкий металл.
• Аргонодуговая сварка безопасна для здоровья.

«Минусы» метода

• Поверхность свариваемых заготовок требует предварительной подготовки.
• Для сварки данным методом необходимо повысить мастерство и отрабатывать навыки.
• Для TIG-сварки необходимо дорогое оборудование.
• Метод не используется в бытовых целях из-за массивности аппаратов.

Какой бы вид дуговой сварки вы ни выбрали, не забывайте заботиться о безопасности во время работы.
Снаряжение сварщика оберегает его от повреждений и травм. К экипировке относятся:

• комбинезон или куртка-брюки из материала, защищающего от искр;
• защитные краги или диэлектрические перчатки;
• огнеупорная обувь на резиновой подошве;
• маска/защитный экран для сварщика.

Если сварка планируется в помещении, перед работой проверьте вентиляцию — она должна активно вытягивать из помещения газы.
Все изолирующие материалы на оборудовании требуют постоянного контроля. В сомнительных случаях выполняйте проверку токоискателями.
Щитки сварщика должны быть изготовлены из термоустойчивого материала.
Используйте резиновые коврики.
Перед каждым рабочим сеансом проверяйте целостность проводов.
Обесточьте аппарат, прежде чем переносить или перевозить его в другое место.
Держите под рукой песок или огнетушитель на случай возгорания.