Сварочная студия «Белка» была создана в 2015 году, за это время мы накопили отличный опыт качественной сварки металлов. Наша студия имеет собственное производственное помещение и оборудована всем самым необходимым оборудованием профессионального класса для сварки и работ по металлообработке. Мы можем предложить сварку в цеху и на выезде таких видов сварки, как ручная дуговая сварка, сварка полуавтоматом, аргонодуговая сварка, плазменная резка.
В этой статье мы постараемся привести основные (далеко не все) данные по процессу электрической сварки и связанные с этим процессом расходные материалы, основные понятия и многое-многое другое.
-
- Что такое сварка, её применение
- Назначение сварки
- История изобретения сварки
- Преимущества сварки перед клёпкой и литьем
- Основные понятия в сварке плюс немного сварочного жаргона
- Способы сварки
- Дуговая сварка
- Электроды для сварки
- Режимы сварки
- Подготовка металла под сварку
- Виды напряжений на дуге
- Виды сварочных соединений
- Классификация сварочных швов
- Свариваемость
- Сталь
- Чугун
- Деформации при сварке
- Причины деформаций
- Меры борьбы со сварочными деформациями
- Контроль дефекта сварочных швов
Что такое сварка, её применение
Сварка – средство соединения отдельных частей, деталей при изготовлении машин, сооружений и деталей из металла.
Определение слова «Сварка» — это процесс получения неразъёмного соединения металлических частей путём местного нагрева при помощи электрического тока.
Назначение сварки:
— соединение металлических деталей;
— наплавка металла на поверхности изделий и деталей;
— ремонт машин, узлов и деталей;
— резка металла и прочее.
История изобретения сварки:
В 1802 году российский ученый Васи́лий Влади́мирович Петро́в (физик-экспериментатор, электротехник-самоучка) впервые зарегистрировал явление электрической дуги и описал его следующими словами: «белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются, и от которого тёмный покой довольно ясно освещён быть может»
В 1803 году он же опубликовал книгу «Известия о гальвани-вольтовых опытах…», где описал процессы, которые могут быть применены для освещения, электрической сварки и пайки металлов.
Сварка была изобретена и запатентована (в Германии, Франции, России, Италии, Англии, США и других странах) в 1882 российским ученым Никола́ем Никола́евичем Бенардо́с. Он применял угольные электроды для соединения металла, а назвал свой метод «электрогефестом».
В 1888 году российский изобретатель Славянов Николай Григорьевич первый в Мире применил сварку под флюсом. В1893 год на Всемирной выставке в Чикаго Славянову Н.Г. вручили золотую медаль за способ электросварки под слоем толчёного стекла.
В 1905 году Владимир Фёдорович Миткевич первый в Мире предложил применять трёхфазную дугу для сварки металлов.
В 1932 год — Константи́н Константи́нович Хренов первый в мире Советском Союзе осуществил процесс дуговой сварки под водой.
В 1939 год — Евге́ний Оскарович Пато́н разработал технологию автоматической сварки под флюсом, сварочные флюсы и головки для автоматической сварки, электросварные башни танков, электросварной мост.
Преимущества сварки перед клёпкой и литьем:
25% экономия металла в сравнении с клёпкой
50% экономия металла в сравнении с литьём
Основные понятия в сварке плюс немного сварочного жаргона:
- Ручник = ручная дуговая сварка покрытым электродом.
- Сварной = сварщик.
- Аргон = ручная аргоно-дуговая сварка (РАДС) в среде защитного газа – аргона или наименование газа.
- Полуавтомат – аппарат для полуавтоматической сварки.
- Шиток (маска) = маска сварщика = сварочная маска = сварочный шлем = сварочный щиток.
- Люминь = алюминий.
- Нержа = нержавейка.
- Присадка=пруток.
- Стык.
- Контроль «под рентген» (светить стык).
- Контроль «под УЗИ» (УЗК).
- ТИГ (TIG — Tungsten (вольфрам) Inert(инертный) Gas(газ)) — ручная аргоно-дуговая сварка
- (РАДС) в среде защитного инертного газа.
- РД/ РДС (ММА — Manual (ручная) Metal (металл) Arc(дуга)) –ручная дуговая сварка покрытым электродом.
- ПА (MIG/MAG — Metal Inert(инертный)/Active(активный) Gas(газ) — полуавтоматическая сварка.
- Вольфрам = вольфрамовый электрод.
Способы сварки:
1. Плавлением:
1.1. Электродуговая ручная сварка (ММА/РД/РДС);
1.2. Полуавтоматическая сварка (ПА или MIG/MAG);
1.3. Автоматическая сварка;
1.4. ТИГ/TIG/РАДС — ручная аргоно-дуговая сварка в среде защитного инертного газа;
1.5. Газовая сварка – сварка автогеном.
2. Давлением (контактная сварка)
2.1 Стыковая;
2.2. Роликовая;
2.3. Точечная;
2.4. Трением.
Дуговая сварка – это процесс, при котором электрический ток по одному проводу проводится к свариваемому металлу, а по второму в электродержателю с электроду. При контакте электрода с металлом образуется электрическая дуга. Между электродом и металлом по средством электрической дуги металл расплавляется, соединяется и происходит сварка.
Электрическая дуга и её свойства.
Источники электрического тока имеют два полиса:
Положительный (плюс/анод)
Отрицательный (минус/катод)
Когда сближаются два полиса (плюс и минус), то между ними образуется искра. Поэтому электрическая дуга – процесс длительного разряда между проводниками, двумя полисами, плюсом и минусом, анодом и катодом.
Электрическая дуга даёт яркий свет и выделяет много тепла. При сварке температура на положительный (плюс/анод) полисе – 2600 град.Цельсия, а на отрицательном (минус/катод) полюсе — 2400 град.Цельсия. Температура в центре сварочного столба — 6000 град.Цельсия. При сварке 60-70% тепла идёт на расплавление металл, остальные 30-40% рассеивается в пространстве и является потерей.
Возбуждение и горение дуги. При возбуждении/зажигании дуги электрод приближают к металлу, вызывая короткое замыкание сварочной цепи, тогда конец электрода быстро отводят от металла на расстояние 2-4 мм, возбуждая стабильную электрическую дугу.
Сварочная дуга бывает двух видов:
1. Устойчивая (стабильная) – горит равномерно и не требует повторного зажигания.
2. Неустойчивая (нестабильная) – неравномерная, часто обрывается, требует повторного зажигания.
Также сварочная дуга бывает:
1. Короткая – длина дуги менее диаметра электрода, горит равномерно, получается шов высокого качества;
2. Нормальная — длина дуги равно диаметру электрода, горит равномерно, получается шов высокого качества;
3. Длинная — длина дуги более диаметра электрода, получается шов низкого качества.
Полярность при сварке. Нужно знать, что количество тепла для нагревания детали требуется больше чем для плавления электрода.
Причины неустойчивой дуги:
-сырые электроды, которые требуют прокалки (режимы прокалки указаны на пачке с электродами);
-неравномерное нанесение обмазки, образуется «козырёк»;
-ржавый металл.
Полярность при сварке бывает двух типов:
1. Прямая полярность – отрицательный полис, катод, присоединяют к электроду, а положительный полис, анод, присоединяют к свариваемой детали.
2. Обратная полярность — положительный полис, анод, присоединяют к электроду, а отрицательный полис, катод, присоединяют к свариваемой детали.
Обратная полярность используется в случаях, когда требуется меньшее нагревание свариваемого металла, например, нержавеющая сталь, высоколегированные стали или для некоторых марок электродов (уонии).
Следует отметить, что при сварке переменным током полярности нет.
Электроды для сварки:
1. Плавящиеся (марки зависят от марки свариваемого металла)- стальные, чугунные, медные, алюминиевые и прочие.
При автоматической сварке под флюсом или полуавтоматической сварке в среде защитного газа применяют голую проволоку, которая и является электродом.
Металлический электрод – стержень из проволоки определённой марки и размера, покрытый равномерным слоем обмазки.
Электроды имеют название, тип, марку.
Например, тип «Э46» означает сопротивление на разрыв сварочного шва (измеряется в кг/мм2) равно 46 кг/мм2.
Марка: МР-3, АНО-21, ОЗС-12, УОНИ, УОНИИ, ЛБ-52, ЦУ-5 и многие прочие.
Электрод УОНИИ 13/55 для сварки высокоуглеродистых низколегированных сталей.
Диаметры электродов колеблются в пределах 1,6-6 мм.
Обмазка для электродов служит для повышения устойчивости горения дуги, создания защитного слоя и шлака вокруг дуги от окисления кислородом и азотом, а также от окружающего воздуха.
Обмазки электродов могут содержать в своём составе: жидкое стекло, полевой шлак, крахмал, марганцевая руда, ферромарганец, целлюлозу.
2. Не плавящиеся (как правило вольфрамовые или угольные). Эти электроды не имеют обмазки, а для защиты дуги применяют защитные газы: инертные газы (аргон или гелий), СО2.
Диаметр этих электродов – 0,8-6 мм.
Многие начинающие сварщики задаются вопросом, какой ток настроить на профиль со стенкой 1,5мм, 2 мм или более. Этот процесс называется выбор оптимального «режима сварки».
Режимы сварки зависит от силы тока и диаметра электрода, которые подбираются исходя из толщины металла.
Диаметр электрода подбирается по толщине металла в прямой зависимости, то есть при увеличении толщин металла увеличиваем диаметр электрода и силу тока, например, при толщине металла 2 мм предпочтительно выбирать электрод с диаметром 2 мм и реальным сварочным током порядка 60А.
Исходя из диаметра электрода подбирается соответствующая сила тока, эквивалентная 20-30 Ампер на каждый 1 мм электрода. Например, на электрод, диаметром 2 мм сила тока должна быть от 40 Ампер, на 3 мм электрод – от 60 ампер и т.д.
Следует знать, что дуга даёт проплавление на 2-3 мм вглубь свариваемого изделия.
Напряжение на дуге бывает 2х видов:
1. Напряжение холостого хода. В среднем это 50-100 Вольт. Это напряжение на включенном аппарате, на электроде, когда мы не варим.
2. Напряжение при сварке. Такое напряжение «на дуге» в процессе сварки. Обычно это значение в пределах 24-28 Вольт.
Сила тока регулируется на сварочном аппарате и обычно колеблется от 10 ампер и более.
Подготовка металла под сварку.
1. Металл кромок зачищают на расстояние более 20 мм от места сварки. Кромки должны быть очищены от любого рода загрязнений, в том числе масла (ГСМ), ржавчины, краски, воды и т.д. и зашлифован до абсолютно чистого металла.
2. Для TIG сварки зачастую свариваемый металл еще обезжиривают.
3. Свариваемые детали при толщине менее 3х мм подгоняют встык без зазора, при толщине 4-8 мм зазор составляет 2-3 мм и варится с 2х сторон, при толщине более 4х мм выполняют еще разделку (угол разделки – 60 градусов) и делают «V»-образное или «Х»-обратное притупление.
Виды сварочных соединений:
1. Встык- самое распространённое и самое прочное соединение.
2. Угловое – для изделий без давления, т.к. это соединение без полного провара.
3. Тавровое – применяется в строительстве, при изготовлении конструкций.
4. Нахлёсточное – при максимальной толщине свариваемых деталей не более 12 мм.
5. Кольцевое – разновидность стыкового соединения, применяется для сварки труб.
Классификация сварочных швов:
1. По виду соединения:
-стыковые;
-угловые;
-тавровые;
-нахлёсточные.
2. По положению в пространстве:
-нижние;
-вертикальные;
-горизонтальные;
-горизонтальные в вертикальной плоскости;
-кольцевые.
3. По протяженности:
-сплошной;
-прерывистый;
-цепной;
-шахматный;
4. По заполнению сечения:
-однослойный, однопроходный;
-многослойный;
-многослойный, многопроходный;
-двухсторонний.
5. По отношению к направлению действующих сил:
-лобовой;
-косой;
-комбинированный;
-фланговый.
6.По форме наружной поверхности:
-выпуклый;
-вогнутый;
-плоский.
Свариваемость – свойство свариваемых металлов образовывать высококачественное сварочное соединение без дефектов.
Сталь – сплав железа и углерода, где количество углерода менее 2%.
Стали можно разделить на 3 группы:
1. Малоуглеродистые – содержание углерода 0,05%-0,25%. Свариваемость хорошая.
2. Среднеуглеродистые – содержание углерода 0,25%-0,6%. Свариваемость удовлетворительная.
3. Высокоуглеродистые: содержание углерода более 0,6%. Свариваемость ограниченная.
Чем меньше углерода в стали, тем она выше свариваемость.
Чугун — сплав железа и углерода, где количество углерода более 2%. Он плохо сваривается и даёт трещины.
Деформации и напряжения при сварке. Методы борьбы с ними.
При нагревании металл расширяется. При остывании – сужается. Напряжения и деформации возникают от неравномерного нагрева. При сварке всегда возникают деформации.
Причины деформаций:
1. Неравномерность нагрева;
2. Увеличение силы тока;
3. Неправильное наложение сварочного шва и т.д.
Меры борьбы со сварочными деформациями:
1.Обратно-ступенчатый порядок наложения сварочного шва. Чем короче сварочный шов, тем меньше деформации, поэтому длинные швы делать на участки 150-200мм и сваривают от конца к началу.
2. При сварке листов сперва сваривают поперечные швы, а затем продольные.
3. Предварительный подогрев изделий;
4. Отжиг после сварки при температуре 600-650 град.Цельсия.
5. Различные крепёжные приспособления: зажимы, тиски, струбцины, стапеля, кондукторы и т.д.
Контроль дефекта сварочных швов:
1 Наружные (видимые) дефекты: неравномерный размер сварочного шва, подрезы, поры, седловины, трещины, наплывы, незаварка кратера в конце шва и т.д.
2. Внутренние (невидимые) дефекты: поры, трещины, непровар корня, шлаковые включения и т.д.
Контроль сварочных швов:
1. Наружный (внешний) осмотр;
2. Механические испытания – прочность на разрыв, вдавливаемая прочность;
3. Гидравлические – испытания водой на прочность;
4. Пневматические – испытания воздухом на плотность;
5. Просвечивание швов рентгеновским излучением или просвечивание ультразвуком.
6. Испытание на керосин + обычный мел.
