Зварювання металу: види і технологія

Технологічний процес утворення нероз’ємного з’єднання однорідних матеріалів за рахунок утворення атомних зв’язків називається зварюванням. При цьому в місці контакту відбувається щільне сплавлення двох матеріалів в один. Незважаючи на те що таке з’єднання використовується вже тривалий час, сучасна зварювання металів, види і технологія її виконання постійно вдосконалюються, що дозволяє виробляти стикування різних виробів з підвищеною надійністю і якістю.

Особливості зварювання поверхонь

Весь процес зварювання металів протікає в дві стадії. Спочатку поверхні матеріалів необхідно наблизити один до одного на відстань сил міжатомної зчеплення. При кімнатній температурі стандартні метали не здатні об’єднатися навіть при стисненні зі значним зусиллям. Виною цьому слугує їх фізична твердість, тому контакт при зближенні таких матеріалів відбувається лише в деяких точках, незалежно від якості обробки поверхонь. Саме забруднення поверхні суттєво впливає на можливість зчеплення матеріалів, адже плівки, оксиди, а також шари домішкових атомів завжди присутні у природних умовах.

Тому створення контакту між крайками деталей може досягатися або за рахунок пластичних деформацій, які виникають в результаті прикладеного тиску, або в разі розплавлення матеріалу.

На наступній стадії зварювання металу здійснюється електронна дифузія між атомами поверхонь, що з’єднуються. Тому поверхня розділу між кромками зникає і виходить або металева атомна зв’язок, або іонний та ковалентний зв’язки (у випадку напівпровідників або діелектриків).

Класифікація видів зварювання

Технологія проведення зварювальних робіт постійно вдосконалюється і стає різноманітнішим. На сьогоднішній день існує близько 20 видів зварювання металу, які класифікуються на три групи:

  • Зварювання тиском здійснюється додатком механічної енергії, коли зв’язки між кристалами отримуються методом пластичної деформації матеріалу. У результаті метал починає текти, переміщаючись уздовж лінії стикування деталей, несучи з собою шар забруднених домішок. Процес деформування і з’єднання поверхонь без попереднього підігріву називається холодної зварюванням для металу. В цьому випадку утворюються міжатомні зв’язки, що призводить до щільного стикування деталей.
  • Зварювання плавленням здійснюється шляхом з’єднання виробів без застосування тиску. Джерелами тепла при такій зварюванні металу є газове полум’я, електрична дуга, енергія променевого типу. При зварюванні поверхні нагріваються і розплавляються, утворюючи міжатомні зв’язки між двома металами і електродом, об’єднуючись в загальну зварювальну ванну. Після охолодження і затвердіння складу утворюється суцільний литий шов.
  • Термомеханічна зварювання металу здійснюється з використанням нагріву і тиску. Місце стикування матеріалу спочатку розігрівається, а потім пресується. Підігрів деталі надає їй необхідну пластичність, а механічний вплив об’єднує частини виробу в монолітне з’єднання.
  • Зварювання плавленням

    Цей вид зварювальних робіт знаходить широке застосування, як у промислових умовах, так і в побуті. До з’єднання металів плавленням відносяться:

  • Електродугове зварювання. Проводиться створенням між металом і електродом високотемпературної електричної дуги.
  • При плазмовому з’єднанні джерелом тепла служить іонізований газ, який проходить з високою швидкістю через електричну дугу.
  • Шлакова зварювання здійснюється завдяки нагріванню розплавленого флюсу (шлаку) електричним струмом.
  • Лазерне з’єднання відбувається завдяки обробки металевої поверхні лазерним променем.
  • При електронно-променевої зварюванні нагрівання місця стику здійснюється за рахунок кінетичної енергії рухомих електронів у вакуумі під впливом електричного поля.
  • Газова зварювання металів заснована на нагріванні точки з’єднання потоком вогню, який утворюється при згорянні кисню та газу.
  • Електродугове зварювальне з’єднання

    Дугова зварка передбачає використання джерела струму з великим номінальним значенням, при цьому апарат має невелика напруга. Підключення трансформатора відбувається одночасно на металеву заготовку і зварювальний електрод.

    В результаті зварювання металу електродом утворюється електрична дуга, за рахунок якої відбувається розплавлення кромок з’єднуються заготовок. В зоні дії дуги створюється температура близько п’яти тисяч градусів. Такого нагріву цілком достатньо для розплавлення будь-яких металів.

    Під час плавлення металу деталей, що з’єднуються і електрода формується зварювальна ванна, в якій і відбуваються всі процеси зчеплення. Шлак піднімається на поверхню розплавленого складу і формує спеціальну захисну плівку. В процесі дугового зварювання металу застосовуються електроди двох типів:

    • не плавляться;
    • плавляться.

    При використанні плавиться необхідно в зону дії електричної дуги вводити спеціальну дріт. Плавляться електроди зварний шов формують самостійно. До складу таких електродів додаються спеціальні присадки, які не дозволяють дузі гаснути і збільшує її стійкість. Це можуть бути елементи з високим ступенем іонізації (калій, натрій).

    Способи з’єднання дугою

    Електродугове зварювання здійснюється трьома способами:

  • Ручним методом. В цьому випадку всі етапи з’єднання виконуються вручну, із застосуванням простої електродугового зварювання.
  • Більш продуктивною є зварювання металу напівавтоматом. При такому способі зварний шов робиться вручну, а присадочная дріт подається в автоматичному режимі.
  • Автоматичне зварювання проводиться під наглядом оператора, а вся робота робиться зварювальним верстатом.
  • Технологія газозварювання

    Цей вид зварювальних робіт дозволяє з’єднувати різні металеві конструкції не тільки на промислових підприємствах, але і в побутових умовах. Технологія зварювання металу не дуже складна, газова суміш при горінні розплавляє кромки поверхні, які заповнюються присадочной дротом. При охолодженні шов кристалізується і створює міцне і надійне з’єднання матеріалів.

    Газова зварювання має багато позитивних аспектів:

  • Можливість з’єднувати різні деталі в автономному режимі. Причому для цієї роботи не потрібен потужний джерело енергії.
  • Просте та надійне обладнання газозварювання легко піддається транспортуванню.
  • Можливість здійснювати регульований процес зварювання, так як легко вручну змінювати кут нахилу вогню і швидкість нагріву поверхні.
  • Але є і недоліки застосування такого обладнання:

  • Місце нагріву має велику площу, що негативно позначається на сусідніх елементах деталі.
  • Відсутність можливості автоматизувати процес зварювання.
  • Необхідність суворо дотримуватися заходів безпеки. Робота з газовою сумішшю має високу ступінь вибухонебезпечності.
  • Товщина металу для якісного з’єднання повинна бути не більше 5 мм
  • Шлакова зварювання

    Такий вид з’єднання вважається принципово новим способом отримання зварного шва. Поверхні зварюваних деталей покриваються шлаком, який нагрівається до температури, що перевищує плавлення дроту і основного металу.

    На початковій стадії зварювання аналогічна дугового з’єднанню під флюсом. Потім, після утворення зварювальної ванни із рідкого шлаку, дуга припиняє своє горіння. Подальше розплавлення кромок деталі здійснюється за рахунок тепла, яке виділяється при протіканні струму. Особливістю цього виду зварювання металу є висока продуктивність процесу і якість зварювального шва.

    Зварювальне з’єднання тиском

    З’єднання металевих поверхонь за допомогою механічного деформування найчастіше проводиться в умовах промислового виробництва, так як для виконання такої технології потрібно дороге обладнання.

    До зварювання тиском відносяться:

  • Ультразвукова стикування частин металу. Виконується завдяки коливань ультразвукової частоти.
  • Холодна зварка. Здійснюється на основі міжатомної з’єднання двох деталей шляхом створення великого тиску.
  • Ковальсько-горнового метод. Відомий з давніх часів. Матеріал нагрівається в горні, а потім зварюється механічною або ручної проковуванням.
  • Газова з пресуванням зварювання. Дуже схожа на ковальський метод, тільки для нагрівання використовується газове обладнання.
  • Контактне електричне з’єднання. Вважається одним з найпопулярніших видів. При такій зварюванні нагрівання металу здійснюється проходженням по ньому електричного струму.
  • При дифузійної зварювання сила тиску на метал невисока, але зате необхідна велика температура нагріву місця з’єднання.
  • Крапкове контактне зварювання

    Сполучаються поверхні при такій зварюванні знаходяться між двома електродами. Під дією преса електроди стискають деталі, після чого подається напруга. Нагрів місця зварювання відбувається за рахунок проходження струму. Від розміру контактної майданчики електрода повністю залежить діаметр місця зварювання.

    Від того, як розташовані електроди по відношенню до з’єднуються деталей, контактна зварка може бути одностороннім або двостороннім.

    Існує багато видів контактного зварювання, які працюють за аналогічним принципом. До них можна віднести: стыковую зварювання, шовную, конденсаторну.

    Техніка безпеки

    Робота зі зварювальним обладнанням пов’язана з багатьма небезпечними для здоров’я оператора факторами. Висока температура, вибухонебезпечне середовище шкідливі хімічні випаровування вимагають від людини суворого дотримання заходів безпеки:

  • Всі електричні агрегати і пристрої повинні бути надійно заземлені та заізольовані.
  • Працювати необхідно в сухий спецодязі та рукавицях. Для захисту шкіри обличчя і очей обов’язково потрібно застосовувати маску з темним склом.
  • Обов’язково повинна знаходитися на робочому місці зварника аптечка і вогнегасник.
  • Приміщення, де проводяться зварювальні роботи, повинно мати добру вентиляцію.
  • Заборонено проводити в безпосередній близькості від легкозаймистих предметів.
  • Заборонено залишати газові балони без нагляду.
  • Існує велика кількість видів зварювання металу, який з них вибрати вирішує сам зварювальник, виходячи з наявності обладнання та здатності досягти необхідного результату роботи. Зварювальник повинен знати пристрій і принципи роботи на визначеному обладнанні.