Способы сварки и рекомендации применения

Дуговая ручная сварка

Наиболее распространенный и универсальный способ сварки.
Для защиты шва от окисления применяют толсто покрытые электроды с обмазкой, выделяющей при горении дуги жидкие шлаки и восстановительные газы.
Сварку угольными электродами зависимой или независимой дугой с присадочными прутками применяют ограниченно, преимущественно для сварки тонкостенных изделий из цветных сплавов.
Более широко применяют угольные электроды для дуговой резки (особенно, легированных сталей).

 

Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса

Применяют при больших масштабах производства для соединения деталей прямыми и круговыми швами. Сварку ведут под слоем флюса; электродом служит голая сварочная проволока.
Производительность процесса в 5 — 10 раз больше, чем при ручной электродуговой сварке. Качество шва высокое.
Для наложения фигурных (в плане), коротких и разбросанных швов применяют шланговые полуавтоматы с подачей сварочной проволоки по гибким шлангам

Сварка в защитных газах

Сварка производится плавящимися или неплавящимися (вольфрамовыми) электродами в струе нейтральных газов (аргон, гелий).
Способ применяют для соединения деталей из высоколегированных сталей, титановых, никелевых, алюминиевых и магниевых сплавов.
Для сварки углеродистых сталей используют более дешевый углекислый газ

Атомно-водородная сварка

Сварка ведется независимой дугой неплавящимися электродами в струе водорода, который, будучи активным восстановителем, эффективно предупреждает окисление шва

Электрошлаковая сварка

Служит для соединения массивных заготовок (корпусные детали крупных машин, резервуары высокого давления). Шов формируется в зазоре между соединяемыми деталями за счет плавления пластинчатых электродов под слоем синтетических шлаков. Вытекание жидкого металла и шлаков из зазора предупреждают с помощью водоохлаждаемых ползунов или керамических обкладок

Контактная сварка

Сварку встык сопротивлением применяют для соединения деталей небольших сечений. Торцы деталей сжимают гидравлическим прессом и включают ток, доводя металл на стыке до пластичного состояния

При сварке оплавлением сначала сжимают стык небольшим усилием и включают ток, в результате чего на стыке возникает большое число микродуг, расплавляющих металл.
После оплавления стык сжимают гидравлическим прессом. Сварку оплавлением при¬меняют для соединения деталей больших сечений, а также деталей из разнородных материалов

При точечной сварке нахлесточных соединений листы пропускают между неподвижным и подвижным электродом, который периодически сжимает листы, образуя точечный шов

Для прочно-плотных нахлесточных соединений применяют шовную сварку роликовыми электродами.
Тонкие листы присоединяют к массивным деталям с помощью рельефной сварки. На листе предварительно выштамповывают зиги или пуклевки. Детали сжимают между медными электродными плитами, в результате чего происходит оплавление и сварка рельефов

Ацетилено-кислородная сварка

Производится в восстановительном пламени инжекционной горелки. Присадочным материалом служат проволока и прутки из металла, близкого по составу к металлу свариваемых деталей.
Качество соединения ниже, чем при электродуговой сварке. Кислородно-ацетиленовую сварку используют преимущественно для соединения деталей из углеродистых сталей в мелкосерийном производстве, а также в полевых условиях.

Широко применяют ацетилено-кислородную резку, отличающуюся большой производительностью и более высоким качеством реза, чем электродуговая резка

Газопрессовая сварка

Соединяемые кромки нагревают кислородно – ацетиленовым пламенем и сдавливают с помощью осадочного механизма. Способ широко применяют для сварки магистральных труб в полевых условиях с нагревом стыка кольцеобразно расположенными горелками

Термитная сварка

Способ применяют преимущественно для сварки конструкций в полевых условиях.
Источником тепла является экзотермическая ре¬акция восстановления окислов железа алюминием (алюминиевые термиты). Зачищенный стык свариваемых деталей заключают в разъемную керамическую форму с термитом, который поджигают фосфорным запалом. В результате реакции образуется окись алюминия, всплывающая в виде шлака, и расплавленное железо, заполняющее зазор в стыке. Сварку довершают сжатием стыка

Более совершенный способ – сжигание термита в отдельной форме и заливка стыка расплавленным железом.
Для соединения линий воздушных передач применяют муфельную сварку магниевым термитом (смесь окислов железа с магнием).
Концы проводов вводят в муфель и сдавливают винтовым зажим

Сварка трением

Осуществляется теплом, выделяющимся при вращении одной из свариваемых деталей относительно неподвижной другой под осевым усилием. Способ применяют для сварки встык мелких деталей, преимущественно цилиндрических

Сварка взрывом

Применяют для присоединения тонких листов к массивным (плакирование стали медью, латунью, титановыми сплавами и др.). На поверхность свариваемых деталей укладывают слой взрывчатого вещества (аммонит) и взрывают детонатором. Под давлением взрыва лист прочно соединяется с основным материалом

Печная сварка

Применяют для соединения деталей на цилиндрических поясах (присоединение фланцев к трубам, соединение труб в рамных конструкциях).
На стыке соединяемых деталей укладывают бронзовое или латунное кольцо или смазывают стык настоем из порошкообразной бронзы и флюса. Подготовленные изделия нагревают в электропечи в восстановительной атмосфере (природные газы) до температуры 1100 – 1150 °С

Холодная прессовая сварка

Применяют для соединения пластичных металлов (Сu; Ni; Al; Zn; Cd и др.). Зачищенные и обезжиренные стыковые поверхности сжимают давлением, превосходящим предел текучести материала. В результате диффузионных и рекристаллизационных процессов, происходящих в зоне сжатия, поверхности прочно соединяются

Соединения внахлестку сваривают нажатием пуансонами круглого или прямоугольного сечения (точечная сварка) или прокатыванием роликами (роликовая сварка). Детали из цветных металлов (контакты, седла) приваривают к стальным деталям путем запрессовки в конические гнезда

Индукционная сварка

Производится нагревом соединяемых кромок с помощью индуктора, через который пропускают ток высокой частоты (5 — 20 кГц) с последующим сжатием кромок осадочным механизмом.
При дугоконтактной сварке труб торцы труб нагревают токами противоположного направления с помощью индуктора. Под действием наведенных токов на стыке образуется быстровращающаяся кольцевая дуга, расплавляющая металл. Сварку довершают сжатием стыка

Индукционную сварку широко применяют в автоматизированном производстве труб. Скатанную в трубу заготовку пропускают через индуктор нагревающий стык, и сдавливают кромки трубы

Диффузионная сварка

Стык свариваемых деталей нагревают индуктором и сжимают плунжером в камере с глубоким вакуумом (10^-5 — 10^-6 мм рт ст.) или в атмосфере нейтральных газов (аргон, гелий).
Для надежного соединения достаточен нагрев до 750 – 300 °С.
Сварке этим способом поддаются тугоплавкие, жаропрочные сплавы, металлокерамика, керамика. Для сварки тонких деталей из медных, алюминиевых и никелевых сплавов, а также коррозионно-стойких сталей применяют токи радиочастотного диапазона (50 — 200 кГц)

Электронно-лучевая сварка

Осуществляется в вакууме потоком электронов, испускаемых вольфрамовой спиралью питаемой током высокого напряжения (250 кВ), и проходящих через кольцевой анод. Поток электронов фокусируют с помощью собирательных электромагнитных катушек. Температура в фокусе от 3000 до 10000 °С; пятно нагрева от 2 — 3 мм до нескольких сотых миллиметра

Этим способом можно сваривать детали толщиной от нескольких десятков миллиметров до нескольких микрон, расположенные в замкнутых объемах (сосуды, оболочки), проницаемых для электронных лучей

Плазменно-лучевая сварка

Производится струей нейтрального газа (азот, гелий, аргон), ионизированного при пропускании через электрическую дугу, горящую между вольфрамовым электродом и водоохлаждаемым медным соплом. Температура по оси струи 15 000 — 18 000 °С.
В плазмотронных сварочных аппаратах газ ионизируют с помощью высокочастотного электромагнитного поля; струю плазмы формируют с помощью электромагнитных катушек. Температура струи до 40 000 °С

Плазменно-лучевой сваркой можно сваривать и резать наиболее тугоплавкие материалы (включая керамику)

Сварка ультразвуковая

Ультразвуковую сварку (частота колебаний 20 – 30 кГц) применяют для соединения цветных металлов и пластиков. Детали сжимают вибрирующим зажимом, соединенным волноводом с магнитострикционным генератором колебаний. Высокочастотные колебания вызывают нагрев стыка и диффузионное взаимопроникновение атомов соединяемых материалов.
В радиоэлектронике ультразвуковую сварку используют для соединения деталей толщиной до нескольких микрон

Лазерная сварка

Осуществляется концентрированным световым лучом, создаваемым лазером (рубиновый кристалл, неодимовое стекло). Температура оси луча до 10 000 °С; пятно нагрева от нескольких микрон до нескольких сотых миллиметра.
В радиоэлектронике лазерную сварку применяют для соединения деталей толщиной до нескольких микрон

Виды сварных швов

Основные виды сварных соединений электродуговой и газовой сваркой следующие: стыковые С, угловые У, нахлесточные Н, тавровые Т.
Валиковые угловые швы треугольного профиля делают прямыми, выпуклыми и вогнутыми. Чаще всего применяют прямой (нормальный) шов. Выпуклые швы (условно называемые швами с усилением) склонны к образованию подрезок (непровары на участках соединения шва со стенками деталей) и обладают пониженной циклической прочностью. Наиболее прочны вогнутые швы, но выполнение их труднее и менее производительно

Основной размерной характеристикой угловых швов является расчетный катет К

Катет швов нахлестанных соединений при сварке тонких листов (менее 4 мм) делают равным толщине s листов. Для материалов большей толщины (4 -16 мм) катет шва определяют из соотношения
К = 0,4 s + 2 мм (1)
При сварке материалов различной толщины катет шва делают равным толщине s более тонкого материала (однако не более, чем указано в соотношении (1). При сварке материалов различной толщины шов рекомендуется делать вогнутым.
В угловых соединениях с одинаковой толщиной стенок размер катета задан толщиной кромок. В угловых и тавровых соединениях, где размеры шва могут быть произвольными, катет шва делают равным толщине s свариваемых материалов, но не более приведенных в соотношении (1) величин.
При тавровом соединении материалов различной толщины катет шва делают равным толщине s более тонкого материала. Швы рекомендуется делать вогнутыми

Среди видов соединений листов наиболее простые и прочные — стыковые.

Недостаток нахлесточных соединений состоит в том, что под действием растягивающих или сжимающих усилий они подвергаются изгибу моментом, приблизительно равным произведению действующей силы на сумму полутолщин свариваемых листов и деформируются. Производительность сварки из-за наличия двух швов и масса нахлесточных соединений больше, чем стыковых. Соединения с накладкой можно усилить подваркой листов. Соединения с двусторонними накладками разгружены от изгиба, но тяжелы и малотехнологичны

Разновидность нахлесточных соединений — прорезные (пробочные) швы, образуемые заплавлением предварительно проделанных одном из соединяемых листов круглых или продолговатых отверстий (эти соединения иногда называют электрозаклепками). Из-за высокой трудоемкости изготовления, низкой прочности и негерметичности шва – это один из худших видов соединения. К нему следует прибегать только в крайних случаях, когда по конструктивным условиям нельзя применить сварку другими более производительными способами

При толщине одного из свариваемых материалов менее 6 — 8 мм сварку прорезными швами заменяют простой и производительной операцией точечного проплавления более тонкого из соединяемых материалов или шовного проплавления.
Кромки свариваемых тонких листов (в среднем < 3 мм) стыковых и угловых соединений швы разделывают

Кромки листов толщиной < 8 мм при ручной дуговой сварке и < 20 мм при автоматической скосы делают прямыми (перпендикулярными к плоскости листа). Для проварки на полное сечение свариваемые детали собирают с зазором 1-2 мм, заполняемым при сварке жидким металлом

При большей толщине необходима разделка кромок, заключающаяся в снятии фасок; цель — создать сварочную ванну и обеспечить проплавление на полное сечение.
Круговые фаски получают точением, прямые — фрезерованием или строганием. При толщине кромок более 15 — 20 мм фаски снимают автоматической газовой резкой.
Разделку с криволинейными скосами применяют преимущественно для прямых и круговых швов. Швы, имеющие в плане фигурную форму, разделывают с помощью копирного фрезерования

Условные изображения и обозначения швов сварных соединений см. ГОСТ 2.312