Сварка давлением, виды и особенности сварочных работ

Жизнь современного человека тесно связана с вещами, изготовленными с применением сварочных технологий. Речь идет не только о соединении металла, но и прочих материалов, которые можно соединить на молекулярном уровне. В статье будут рассмотрены основные виды сварки.

Сущность сварки давлением

При контакте двух тел начинается взаимная диффузия атомов. В обычных условиях обмен протекает очень медленно. При сварке давлением этот процесс ускоряется за счет трения кромок деталей под действием приложенной нагрузки. Для создания более прочных межатомных связей процесс проводят с предварительным местным подогревом. Участок, где протекает диффузия, называют зоной объединения или соединения.

Нагрев производят в печах, электротоком, индукционными установками, теплом от химических реакций, электрической дугой. Технология сварки давлением с подогревом не идентична традиционным видам. Например, при сочленении встык, кромки сначала оплавляют, затем подвергают деформации. Смесь металла со шлаком, которая выдавливается наружу после сжатия, называется гартом.

Какая бывает сварка давлением

Выделяют несколько видов: ультразвуковая, холодная, контактная, диффузионная, термокомпрессионная, сварка взрывом и трением. Чтобы получить качественный шов, нужно, чтобы кристаллические решетки металлов образовали новые межатомные связи.

Детали нужно свести очень близко для их соединения – только так атомы будут взаимодействовать. Связь атомов образуется, когда электронные оболочки атомов соединяются.

Сварка давлением – это разновидность контактной, поэтому похожа на нее.

Внимание! Сначала соединяются поверхности свариваемых элементов с помощью деформации металлов, а затем появляются связи между металлом и атомами.

На поверхности свариваемых частей находится оксидная пленка. Под воздействием температуры она нарушается и деформируется, а затем убирается из шва.

Принцип сваривания

В процессе сваривания заготовок энергия активации расходуется либо на нагрев, что проявляется в виде оплавления места контакта, либо на его пластическую деформацию.

Согласно определению, в зависимости от вида энергии, используемой для объединения изделий на межатомном уровне, следует различать сварку плавлением от той же процедуры, осуществляемой под деформационным воздействием. Последний принцип используется в частности, когда проводится сварка труб под давлением.

Известные виды сварочных операций в основном различаются характером физико-химических процессов, происходящих непосредственно в контактной зоне.

В основу сварки плавлением заложен принцип её нагрева до определённого состояния, при котором происходит перемешивание двух стыкующихся частей с образованием общей жидкой массы (сварочной ванны).

По завершении сварочных процедур и охлаждения ванны образуется соединительный шов, получаемый непосредственно из расплава и лишь частично – за счёт применения особых присадок.

Источником местного нагрева в условиях классической сварки плавлением могут служить:

• электрическая дуга;
• пламя газовой горелки;
• химическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества тепла;
• энергия электронного происхождения;
• плазма или лазерное излучение.

Достаточно узкая полоска материала, образующаяся вдоль границы свариваемых частей или заготовок, называется зоной сплавления. Несмотря на малые размеры этого образования (оно измеряется в микронах), его влияние на качество сварного соединения достаточно велико.

Специфические черты

Принцип сварки давлением заключается в пластической деформации материала металла вдоль стыков свариваемых частей (отдельных участков трубопроводов, например). Такое механическое воздействие достигается за счёт значительных по величине статических, а в отдельных случаях и ударных нагрузок.

Для ускорения этого процесса сварка сопровождается местным нагревом, что способствует образованию более прочных связей между вступающими в непосредственный контакт частицами. Полоса материала с происходящими в её границах физическими процессами, называется зоной объединения.

В качестве источника тепла при сварке давлением под нагревом могут использоваться как специальные термические печи и электрический или индукционный ток, так и особые химические реакции или переменная электрическая дуга.

Картина протекания сварочного процесса под давлением с нагреванием зоны контакта существенно отличается от случая сварки плавлением.

Так, при сварке стыков давлением с частичным нагревом, места соединения сначала слегка оплавляются и только после этого пластически деформируются. Одновременно с этим некоторая часть деформированного материала вместе со шлаком выдавливается за границы стыка, образуя так называемый «грат».

Классификация

Классификацию сварки металлов осуществляют исходя из характера воздействия на плоскость:

1. Термический класс. Характеризуется бесконтактным способом воздействия на поверхность – электрической дугой или пламенем газа.
2. Термомеханический класс. Данный вид сварочных работ сочетает в себе бесконтактное воздействие, для достижения нужной температуры, а также механического давления для выполнения соединения.
3. Механический класс. Заданные тепловые параметры получают исключительно за счет механического воздействия на соединяемые изделия.

Ниже будут рассмотрены виды сварок и их краткая характеристика, для каждого класса.

Виды дуговой сварки и области их применения

Существует разделение дуговой сварки на несколько групп в зависимости от:

• степени механизации;
• вида и полярности тока;
• типа дуги;
• вида и свойств сварочного электрода;
• условий горения;
• защиты от атмосферного воздуха.

По степени автоматизации (механизации) происходит разделение на:

• автоматическую – процесс применения полностью автоматизирован;
• полуавтоматическую – движение электрода происходит вручную, а подача проволоки автоматизирована;
• ручную.

Виды дуговой сварки делят также по типу и полярности тока:

• постоянный ток – получается ровный тонкий шов;
• ток высокой частоты – струйное плавление электрода, удаляются прорези, привариваются прихваты;
• импульсный;
• переменный ток – применяют при резке металла.

По типу дуги:

• зависимая дуга или прямого действия – горит между электродом и металлом;
• независимая или косвенного действия – дуга растянута между двумя электродами.

По виду и свойствам электрода дуговую сварку разделяют на ту, при которой используют:

• Плавящиеся электроды – создают сварочную ванну и склеивают кромки деталей.
• Неплавящиеся – вольфрамовые, угольные или графитовые. Область их применения ограничена напылением, восстановлением испорченных деталей и созданием наплывов.

По условиям горения дуговая сварка бывает:

• Закрытая – дуга полностью скрыта от глаз и находится в сварочной ванне.
• Открытая – дуга видима и требуется защита глаз светофильтром (специальной маской). Область применения: при ручной сварке, а также в защитных газовых средах.
• Полуоткрытая – часть дуги открыта для наблюдения через светофильтр, а вторая часть скрыта в металле.

По способу защиты дуговая сварка подразделяется на:

• шлаковую – с толстыми электродами под флюсом;
• шлакогазовую – толстопокрытым электродом;
• газовую – создается среда защитных газов;
• комбинированную – применение в связке газа, флюса и покрытия;
• без защиты – может проводиться электродом или электродом со специальным стабилизирующим покрытием.

Работа покрытым электродом очень популярна. Она объединяет защиту флюсом и газом, создавая качественный шов без применения дорогого оборудования. Область применения ручной дуговой сварки покрытыми электродами ограничивается мелким производством или домашними целями.

Соединение под воздействием защитных газов используется при автоматической, полуавтоматической и ручной технологиях.

Область применения дуговой сварки в защитных газах распространяется на:

• Сложные конструкции с высокими требованиями к прочности.
• Промышленное изготовление трубопроводов и автомобилей.
• Соединение цветных и черных металлов, а также их сплавов.

Использование углекислого газа для защиты позволило механизировать работу, заменив ручную сварку на автоматическую и полуавтоматическую.

Область применения дуговой сварки в среде углекислого газа:

• Изготовление изделий из тонкого металла и небольших деталей.
• Выделка небольших швов из толстого металла.
• Соединение изделий в разных плоскостях.

Последовательность образования соединения

По достижении определенного давления в приповерхностных слоях заготовок начинаются деформационные процессы. При этом изменяются (уменьшаются) размеры кристаллической решетки, а атомы переходят с одного энергетического уровня на другой, в результате чего их подвижность существенно возрастает. Образуются прочные химические связи. Чем больше в микроструктуре металла разнородных атомов, тем эти связи прочнее. Поэтому предел прочности соединенных таким образом деталей из нелегированной стали при тех же рабочих параметрах усилия и времени ниже, чем для легированных.

На качество сварки давлением влияют также:

1. Характер нарастания усилия: при вибрационной нагрузке прочность соединения возрастает, поскольку сообщаемая при этом атомам энергия заметно выше.
2. Степень деформации: для высокопластичных металлов и сплавов — алюминия, олова, свинца — производительность сварки увеличивается.
3. Температура: термомеханическая сварка давлением, основанная на одновременном воздействии давления и температуры, позволяет соединять таким образом даже высоколегированные стали, которые обычной сварке поддаются с трудом.

Вместе с тем на сварку давлением не влияют наличие металлических пленок, которые образуются, например, после поверхностного легирования деталей. Поэтому рассматриваемый процесс можно выполнять на завершающих операциях технологического процесса.

Сварочные процессы с применением давления выполняют по следующим схемам:

• Точечной, при которой силовой контакт соединяемых деталей выполняется не по всей поверхности их соприкосновения;
• Шовной, когда деформация происходит по всей линии контакта;
• Торцевой, когда деформирующее усилие прикладывается к стыку соединяемых изделий.

Последовательность всех вариантов выполнения примерно одинакова и состоит в следующем. Очищенные от загрязнений детали накладываются на рабочий стол встык или внахлестку между верхним (подвижным) и нижним (неподвижным) пуансонами оборудования. Иногда, с целью сохранения исходной геометрии стыка, на деталях выполняются технологические выступы, которые ликвидируются в процессе последующего деформирования пуансонами. Детали фиксируются при помощи механизма прижима. Устанавливается (в зависимости от прочностных параметров материала) требуемая глубина внедрения подвижного пуансона в металл. При включении привода перемещения пуансоны внедряются в металл с обеих сторон места соединения или стыка и выдерживаются некоторое время под давлением. С целью исключить коробление остальных частей соединения, его прижимают к опорной поверхности стола усилием, при котором создаются только упругие деформации.

Обязательным условием проведения качественной сварки давлением является наличие минимальных зазоров между пуансонами и направляющими их конструкциями, поскольку, в противном случае, металл может затекать в такие зазоры, снижая тем самым усилие деформирующего прижима. В результате кольцевая зона вокруг пуансонов может иметь пониженную прочность соединения.

Геометрия сварного стыка зависит только от формы пуансона. Таким образом можно получать различные фигурные соединения: звездочкой, крестом, ромбом и т.д.

Технология холодной пластической сварки проста, отличается высокой производительностью и многообразием конфигураций сварных стыков.

Как добиться качественной контактной сварки

В данном случае процесс деформации проходит очень быстро, а значит соединение получается быстро.

На качество результата влияет ряд факторов:

• качество подготовки свариваемых поверхностей;
• пластичность;
• правильное размещение свариваемых частей;
• предотвращение оксидов.

Наглядный пример – сваривание давлением стальных труб. Сначала готовят края деталей: их зачищают и обезжиривают. Срез края должен проходить перпендикулярно оси изделия. Части загружают в аппарат, где они сортируются по положению одна к одной.

Одна труба зажимается в тиски полностью неподвижно. Вторая вставляется в подвижный сегмент. На расстоянии около 5 см от края деталей прикрепляются контакты.

Как сваривают сосуды

При изготовлении специальных сосудов и емкостей очень часто возникает необходимость в образовании не только прямолинейных, но и кольцевых или круговых стыковочных соединений.

Сварка сосудов организуется в связи с этим по особым методикам, учитывающим толщину стенок изделия и предусматривающим тщательное исполнение каждого рабочего шва.

Выполнить все условия, предъявляемые к соединению частей тонкостенных сосудов, удается лишь путём применения рассматриваемого метода, а именно – сварки под давлением. Для получения результата используются несложные приспособления и специальный инструмент, обеспечивающие равномерное прижатие кромок свариваемых тонкостенных изделий.

Сварочные операции под давлением обеспечивают достаточно эффективное неразъемное сочленение самых различных типов металлов (в том числе – и разнородных по своему составу). При этом качество получившегося сварного контакта, образуемого без применения классических сплавных технологий, во многом определяется тщательностью подготовки свариваемых плоскостей и поверхностей.

Помимо этого, оно в значительной мере зависит и от свойств используемых материалов, то есть от их способности подвергаться пластической деформации при воздействии предельных механических нагрузок.

Сравнительный анализ ручной и автоматической дуговой сварки и областей их применения

Невозможно однозначно утверждать, что какой-либо из видов дуговой сварки имеет явное преимущество перед другим. Для этого надо рассмотреть плюсы и минусы каждого из них.

1. Плюсы и минусы РДС.

Преимуществами ручной дуговой сварки являются (в дополнение к вышеуказанным):

• простота в освоении и работе, а также в эксплуатации оборудования;
• возможность работы в любом положении и с любой стороны;
• работа с помощью согнутого электрода на труднодоступных участках;
• разнообразие металлов, с которыми может работать сварщик.

Из недостатков ее применения отмечают:

• вред электромагнитного излучения для здоровья сварщика;
• зависимость опыта работника и результата работы;
• Производительность труда значительно ниже, чем при иных видах сварки.

2. Достоинства и недостатки применения полуавтоматической дуговой сварки.

Преимущества:

• снижение себестоимости за счет незначительного расхода материалов;
• возможность работы с металлами, подвергшимися небольшой коррозии;
• применение медной проволоки;
• соединение стальных листов толщиной до 0,5 мм;
• защита сварочной ванны от воздействия воздуха;
• отсутствие шлака и окиси на шве;
• скорость работы значительно выше, чем при использовании РДС.

Минусы работы с полуавтоматом:

• значительное разбрызгивание металла при отсутствии защиты газом;
• яркая дуга создает опасность для лица и глаз сварщика, что требует серьезной защиты.

Ручная дуговая сварка применяется для:

• изготовления сеток из арматуры и иных деталей;
• возведения каркасов и сетей из арматуры;
• монтажа конструкция из железобетона;
• подготовки арматуры при отсутствии стыковочного оборудования.

Полуавтомат применяется:

1. При работе с цветными металлами.
2. В работе с металлами, которые плавятся только при высокой температуре.
3. При сварке нержавейки и иных высоколегированных сталей.
4. Для соединения труб с прямыми и спиральными швами.
5. В нефтепереработке, в авиационной промышленности и в машиностроении.

Помимо перечисленного, полуавтоматическую сварку часто применяют при соединении алюминия с черным металлом, при этом как защиту используют углекислый газ по причине его дешевизны. Впрочем, используют в этом качестве и аргон, и гелий.

Область применения автоматической дуговой сварки ограничена конкретными сферами, поскольку она требует четкого технического здания:

• В судостроении – автоматическая сварка позволяет соединить крупные блоки изделия, в том числе целые секции судов.
• При производстве труб большого диаметра – автоматы используются на всех трубопрокатных заводах.
• В нефтехранении и нефтепереработке – применяют резервуары, созданные с помощью автоматической сварки. Причина – в высоком качестве сварочного шва и его стойкости к агрессивным средам.

Понятие процесса

Сварка – это технология создания неразъемного соединения между двумя поверхностями, путем интенсивного температурного воздействия.

Физические признаки

Металлы отличаются высокой температурой плавления. Без дополнительных факторов площадь контактные части свариваемых изделий не будут взаимодействовать друг с другом. Для изменения агрегатного состояния металла требуется повысить его температуру. По достижению определенного уровня создаются условия, при которых появляется возможность выполнить стыковку деталей с получением крепкой межатомной связи между поверхностями.

Технологичность – главное свойство сварных работ

Применяемые типы сварки зависят от характеристик рабочих элементов, а также производственных условий. Наиболее употребительными являются следующие технологии:

• Дуговая.
• Плазменная.
• Газовая.
• Сварка давлением.
• Стыковая.
• Холодная.

Важность свойств

В процессе соединения заготовок необходимо обеспечить надежную защиту зоны температурного воздействия от агрессивного влияния кислорода в атмосфере. В противном случае в области обработки будут активно развиваться коррозионные процессы, ухудшающие качество конструкции. Основные способы предотвращения контакта расплава с воздухом:

• флюс;
• вакуум;
• защитные газы;
• пена.

Флюс можно вносить непосредственно в зону контакта, как при автоматической сварке. Дуговая технология подразумевает использование стержней с флюсовым материалом, который расплавляясь, защищает сварочную область.

Где используется точечная сварка давлением

Здесь детали соединяются в определенных намеченных точках. Это удобный вариант, потому что можно сразу скрепить несколько точек. Из-за этого процесс ускоряется.

Перед началом работы нужно закрепить изделие между медными электродами. Чтобы точечно сварить детали давлением, нужно следовать четырехкомпонентному алгоритму.

1. Сначала трубы фиксируются между электродами.
2. Запускается сварочный ток. Свариваемые участки разогреваются до температуры плавления.
3. Ток отключают, сжатие усиливают. Это увеличивает качество сварки.
4. На последнем этапе ослабляют электроды и убирают усилие.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Плюс шовной сварки и сфера применения

Во время нее заготовку сжимают между двумя крутящимися роликами. Этот вид используется для соединения листовых изделий. Есть ограничение по толщине – не более 3 мм.

Главный плюс шовного соединения давлением – надежный шов, который получается при грамотной работе.

Международные обозначения

При выполнении работ на территории России, в строительстве и других отраслях промышленности, все сварочные процессы подчиняются требованиям ГОСТа Р ИСО 4063-2010. Это отечественный аналог международного стандарта ISO 4063:2009.

Какие металлы нуждаются в холодной сварке

С ее помощью свариваются металлы и их соединения с высокой пластичностью, например, серебро, медь, алюминий и другие.

В искусстве

Художественная сварка – это недавно зародившееся направление в искусстве. Мастера, занимающегося созданием скульптурных композиций называют арт-сварщиком. В Москве, и других крупных городах, проходят многочисленные выставки, которые знакомят ценителей с новыми произведениями.

Можно с уверенностью утверждать, что художественной сваркой по металлу с каждым годом интересуется все больше людей.

Заключение

В статье было рассказано, какие бывают виды сварки: от электросварки до соединения ультразвуком.

Сварщик 6-го разряда Гресь Олег Станиславович Опыт работы 20 лет: «Месяц назад был на выставке сварочных композиций. Если честно, я был поражен – несмотря на то, что в описании указывалось, что работы выполнялись любителями, замысел и качество реализации были на высоте».

Как проходит сварочная работа

Соединение труб давлением – процесс сложный. Сварщик не может развернуть изделие так, как ему удобно. Особенно сложно варить возле стен. Чтобы облегчить процесс и качественно сварить, можно использовать зеркало.

Сначала варят внутри трубы, а затем снаружи. Для этого в трубе делают отверстие. Начинают варить с середины. В таком случае чаще всего используют потолочный шов: электрод прижимают плотно к металлу и ставят перпендикулярно к свариваемой поверхности.

Затем применяют вертикальный шов. Чтобы металл не плавился, электрод ставят под углом. Для вертикально стоящей трубы используют точечную сварку, а после – горизонтальную.

Тщательно прорабатываются места развязки. Работать нужно действовать аккуратно, чтобы не сделать дыру в металле.

Закончив варить, нужно удалить шлаки, и продолжать работать с другой стороны. Главное – не попасть на только что законченный шов. Всё повторяется так же, как и на первом этапе.

При работе со сварочным аппаратом нельзя забывать о технике безопасности.

Сварка труб давлением – технологически сложный процесс. Но при следовании инструкции по выполнению любого типа соединительных работ в итоге получается крепкий аккуратный шов.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...