Сварка

В прошлом выпуске рубрики "Металл для чайников" мы рассмотрели основные этапы и методы литейного производства. Сегодня перейдём к сварке и разберём классификацию методов сварки.

Наверняка все в детстве лепили что-то из пластилина. Вот теперь представьте себе два кусочка, которые необходимо скрепить между собой. Чтобы их соединить, вы слегка прижимаете и смешиваете их пальцами в месте стыка. При сварке с металлом происходит всё то же самое, только вместо пальцев используется электрическая дуга с огромной температурой.

Классификация методов сварки

1️⃣ Сварка плавлением

В месте контакта металл мгновенно плавится и превращается в жидкую лужицу — сварочную ванну, в такой, конечно, не поплаваешь, но при остывании получишь монолитный, прочный шов.

1. Ручная дуговая сварка. Используется плавящийся электрод со специальным покрытием, выделяющим при горении защитный газ, который предотвращает попадание воздуха в сварочную ванну. Метод является базой и подходит для работы с разными металлами.

2. Аргонодуговая сварка. Используется вольфрамовый неплавящийся электрод. Чтобы избежать окисления расплавленного металла, используют защитный инертный газ — аргон. Метод подходит для создания шва с высоким качеством.

3. Полуавтоматическая сварка. Используется проволока, которая подаётся автоматически в среде защитного газа. Метод подходит для серийного производства, т.к. имеет высокую производительность и возможность делать чистый шов.

4. Газовая сварка. Используется пламя высокой температуры, полученное при сгорании кислорода и ацетилена /пропана. Метод удобен в использовании в местах с отсутствием электричества и подходит для тонкостенных деталей и чугуна.

5. Электрошлаковая сварка. В качестве источника тепла используется расплавленный флюс (шлак), который нагревается с помощью электрического тока. Шлаковая ванна является проводником тока, источником нагрева и защитной средой. Метод обладает высокой производительностью и подходит для сварки толстостенных деталей.

2️⃣Сварка давлением

Соединение металла в зоне стыка происходит за счёт пластической деформации либо совсем без плавления, либо с нагревом до пластичного состояния.

1. Контактная сварка. Детали зажимают электродами и пропускают импульс тока, разогревающий стык, после чего происходит сжатие, формирующее сварной шов. Метод обладает высокой производительностью и применяется в массовом или серийном производстве.

2. Сварка трением. Одну деталь закрепляют неподвижно, другую начинают вращать. Вращающаяся деталь разогревает стык за счёт трения, после чего происходит прижим. Метод обладает возможностью соединять разнородные металлы (например, сталь+алюминий, медь+алюминий) и имеет высокое качество соединения.

3. Диффузионная сварка. Детали сдавливаются при умеренном нагреве в вакууме. Атомы металлов постепенно проникают друг в друга, т.е. соединение возникает за счёт взаимной диффузии. Метод обладает высокой точностью соединений и возможностью соединять разнородные металлы.

3️⃣ Специальные методы сварки

Соединение металла происходит с использованием энергии светового, электронного, лазерного или ультразвукового излучения.

1. Лазерная сварка. В качестве источника тепла используется мощный световой луч — прямо как у лазерного меча джедая, только этот фокусируется в микроскопическую точку и намертво сшивает металл. Метод имеет очень высокую скорость и глубокий сварной шов.

2. Электронно-лучевая сварка. Сварка происходит в вакууме с помощью кинетической энергии пучка электронов. Метод позволяет сваривать тугоплавкие и активные металлы, такие как титан, цирконий.

3. Плазменная сварка. Источником тепла служит сжатая плазменная дуга. Сжатая электрическая дуга продувается газом, превращая его в ионизированную плазму. Метод позволяет сваривать как тончайшую фольгу (да-да, толщиной буквально с человеческий волос), так и толстый металл.

4. Ультразвуковая сварка. Соединение происходит за счёт высокой частоты ультразвуковых колебаний и небольшого сжимающего усилия. Метод используется для сварки пластмасс, а также тонких металлических фольг в электронике.

Методы сварки разобрали, теперь поговорим про основные дефекты сварного шва и способы их исправления:

• Непровар означает, что детали не до конца соединены внутри. Чаще всего возникает из-за недостатка тока, слишком быстрой работы электродом и незачищенной поверхности. Чтобы исправить данный дефект, необходимо выпилить непроваренный участок и заново его сварить.

• Прожог, проще говоря, дырка в металле, которая возникает из-за большого тока или слишком долгой работы на одном месте. Исправить можно, заплавив дырку короткими прихватками на малом токе.

• Поры, то есть внутри шва можно увидеть мелкие пузыри, которые возникают из ржавчины или масле на детали, а также из-за нехватки защитного газа. Способ исправления крайне прост: зачистить и сварить заново.

• Трещину в сварном шве можно обнаружить из-за слишком быстрого остывания металла или избытка в нём углерода. Для исправления необходимо засверлить трещину (иначе пойдёт дальше), полностью её выпилить заварить.

• Подрез, если с прошлыми понятиями и без пояснения было примерно понятно, что это, то здесь так не работает. Подрез - это канавка вдоль сварочного шва, которая появляется из-за слишком сильного тока или слишком длинной дуги. Исправляется наложением ещё одного тонкого шва поверх образовавшейся канавки.

Факт: существуют невидимые сварные швы. Хотелось бы верить в чудеса, но, как говорится, люди, знающие физику, в магию не верят, поэтому объяснение достаточно простое. При диффузионной сварке в вакууме границы полностью исчезают на атомном уровне, и мы получаем абсолютно невидимый сварной шов.