Принципы сварки металлов

Нужда в качественном соединении металлических частей возникла с появлением технологии выплавки металлов. С тех незапамятных времен и до XIX века использовали сварку ковкой. Соединить получалось далеко не все металлы, да и качество было не на высоте.

С изобретением электричества ситуация изменилась – в 1881–1882 г. Н.Бенардос и Н.Славянов представили соединение металлов электрической дугой. Сварить удалось даже ранее несоединимые металлы.

В мировой промышленности сварку стали широко использовать с 60-х годов прошлого века. Сейчас разработаны и опробованы технологии сварки в космосе, под водой.

Сегодня сотни тысяч человек умеют сваривать металлические детали – как в виде профессиональной деятельности, так и для бытовых нужд. Сварка доступна практически каждому. Давайте разберемся, как она работает.

Как работает сварка

При сваривании, участвующие в процессе части нагреваются до высоких температур и плавятся на стыке, образуя неразъёмное соединение, так как при этом образуются межатомные связи. Иногда между стыками добавляют связующее вещество – присадочный материал. Самым распространенным источником тепла, как правило, является сварочная дуга, питаемая специальным преобразователем электрического тока. Такую сварку называют дуговой.

Наполнитель может подаваться автоматически либо вручную. В первом случае необходим сварочный пистолет, который подает специальную проволоку, в случае ручной подачи – сварщик добавляет материал сам, используя покрытый электрод. При этом важно, чтобы и наполнитель, и свариваемые детали имели примерно одинаковую температуру плавления.

До начала работы необходимо правильно подготовить кромки свариваемых деталей. Для этого на них наносят сварочную канавку, как правило, V-образной формы. Дуга при сварке оплавляет края канавки и образует сварочную ванну, в которой и происходит перемешивание металла в жидком виде.

Чаще всего сваривают сталь, углеродистую и нержавеющую, алюминий, чугун. По принципу сварки металла варят также и пластмассу, но источником тепла здесь выступает резистор, нагреваемый электрическим током, или поток горячего воздуха.

Сварочная дуга

Сварочной дугой называют электрический разряд, протекающий между деталью и сварочным электродом. Он возникает благодаря высокому напряжению либо в результате удара электродом по свариваемой заготовке (соответственно, бесконтактный метод и зажигание трением). Дуга – главное в дуговой сварке. Она плавит основной материал деталей, присадочный материал, смешивая их, и формирует сварной шов.

Чтобы получить дуговой разряд, требуется очень большое напряжение. Температура дуги может достигать 10 тыс. ^оС. Чтобы ток мог течь от электрода к металлической заготовке, её заземляют кабелем от сварочного аппарата.

Стабильность дуги – залог прочного и ровного сварного шва, также на качество сварки влияет равномерность подачи проволоки. Но самое главное условие качества – мастерство сварщика. Именно он определяет, мягкой или твердой будет дуга, поддерживает расстояние от электрода до детали, старается равномерно двигать горелку. Все эти навыки – обязательны для любого сварщика.

Современные аппараты могу сохранять настройки сварки, многие имеют уже предустановленные шаблоны – все это упрощает работу специалиста, но не подменяет её совсем.

Защитный газ

Влияние правильно подобранного газа на скорость и качество работы сварщика неоспоримо. Суть применения газа – защита получаемого шва и сварной ванны от загрязнения, излишней влаги, окисления.  Без использования газа шов получится пористый, нестойкий к коррозии. Кроме того, газ не дает перегреваться сварочной горелке. Обычно, в качестве защитного газа, используют баллоны с кислородом, углекислым газом, гелием, аргоном.

Защитные газы бывают активные либо инертные. Как следует из названия, активные газы влияют на процесс сварки – делают дугу более стабильной, сглаживают подачу материала. Пассивные газы в реакцию ни с дугой, ни с материалом не вступают, выполняя лишь роль защиты шва и охлаждения горелки.

Аргон, гелий – инертные газы. Обычно варят с гелием либо смесью гелия и аргона – гелий имеет большую скорость проникновения, поэтому скорость сварки будет выше, чем при использовании одного аргона.

Кислород и углекислый газ – газы активные, при использовании стабилизируют дугу и ее температуру. Выбор пропорции при смешивании этих газов зависит от тира свариваемой стали.

Методы сварки

Метод сварки – это сочетание способа получения тепла и способа подачи присадки. Выбор метода – ответственный этап, от сварщика он требует учитывать материал свариваемых деталей, желаемую скорость работы, требования к аккуратности и прочности шва.

Самый старый и широко распространенный метод – это ММА. Он не требует дорогого оборудования и расходных материалов (требуется электрод с покрытием), может применяться для наружных работ.

MIG / MAG – метод сварки под газовой защитой, работа происходит с использованием сварочного пистолета. Наиболее универсальный метод, поскольку позволяет варить черные и цветные металлы, и не требует от сварщика подачи материала, проволока в сварочную ванну попадает автоматически.

TIG – метод медленной сварки. Используется, когда к получаемому шву выдвигаются повышенные условия точности и аккуратности.

Существуют другие методы сварки, такие как фрикционная, точечная, лазерная, плазменная и пр. – разбор каждого из методов заслуживает отдельной статьи.

Безопасность при сварке

При сварке возникает очень много неблагоприятных факторов. Так, свет и УФ-излучение дуги может повредить сетчатку, искры и брызги металла при попадании на кожу наносят ожоги, а также могут вызвать пожар. Сгорая, металл выделяет токсичные испарения, влияющие на дыхательную систему. Чтобы избежать этих последствий, придерживайтесь правил безопасности.

Перед сваркой убедитесь, что вокруг нет горючих, воспламеняемых предметов. В пределах досягаемости должны находиться средства пожаротушения (огнетушитель, песок). Посторонние не должны иметь доступа к месту проведения сварочных работ.

Глаза, уши, кожа, волосы должны быть защищены с помощью соответствующих средств индивидуальной защиты (сварочный шлем с фильтром). Перчатки и негорючий комбинезон защищают руки и тело от брызг металла и искр.

Для работы в помещении необходима достаточная вентиляция для удаления выделений, связанных с горением металла.