ПОДРОБНОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ПРОЦЕССА СВАРКИ

Сваркой называют соединение или сплавление заготовок с использованием нагрева и/или сжатия, в результате которого заготовки образуют одно целое. Источником тепла при сварке обычно является пламя дуги, образуемой электричеством от источника питания сварки. Сварка на основе дуги называется дуговой сваркой.

Сплавление деталей происходит исключительно за счет тепла, выделяемого дугой, которое сплавляет вместе сварочные детали. Этот метод можно использовать, например, при сварке TIG.

Обычно присадочный металл сплавляется в сварной шов (сваривается) либо с помощью механизма подачи проволоки через сварочную горелку (сварка MIG/MAG), либо с помощью подаваемого вручную сварочного электрода. В этом случае присадочный металл должен иметь примерно такую же температуру плавления, что и свариваемый материал.

Перед началом сварки кромкам заготовок придают форму подходящей сварочной кромки, например V-образной канавки. В процессе сварки дуга сплавляет края кромки и присадочный материал, образуя расплавленную сварочную ванну.

Чтобы сварка была долговечной, расплавленная сварочная ванна должна быть защищена от окисления и воздействия окружающего воздуха, например с помощью защитных газов или шлака. Защитный газ подается в расплавленную сварочную ванну с помощью сварочной горелки. Сварочный электрод также покрыт материалом, который образует защитный газ и шлак над расплавленной сварочной ванной.

Чаще всего свариваются металлы, например алюминий, низкоуглеродистая сталь и нержавеющая сталь. Возможна также сварка пластмасс. При сварке пластмасс источником тепла является горячий воздух или электрический резистор.

СВАРОЧНАЯ ДУГА

Сварочная дуга, необходимая для сварки, представляет собой электрический разряд между сварочным электродом и заготовкой. Дуга возникает, когда между деталями генерируется достаточно сильный импульс напряжения. При сварке TIG это может быть достигнуто с помощью триггерного зажигания или удара сварочного электрода по сварочному материалу (контактное зажигание).

Таким образом напряжение разряжается как молния, позволяя электричеству проходить через воздушный зазор, что создает дугу с температурой в несколько тысяч градусов по Цельсию, вплоть до 10 000 °C. Через сварочный электрод проходит постоянный ток от источника сварочного тока к заготовке, поэтому перед началом сварки заготовку необходимо заземлять с помощью заземляющего кабеля в сварочном аппарате.

При сварке MIG/MAG дуга возникает, когда присадочный материал касается поверхности заготовки и возникает короткое замыкание. Затем эффективный ток короткого замыкания плавит конец присадочной проволоки и возникает сварочная дуга. Для получения однородного и прочного шва сварочная дуга должна быть стабильной. Поэтому при сварке MIG/MAG важно, чтобы сварочное напряжение и скорость подачи проволоки соответствовали свариваемым материалам и их толщине.

Кроме того, техника работы сварщика влияет на однородность дуги и, как следствие, на качество сварного шва. Для успешной сварки важны расстояние от углубления между разделанными кромками до сварочного электрода и постоянство скорости перемещения сварочной горелки. Определение правильного напряжения и скорости подачи проволоки — важная составляющая компетенции сварщика.

Однако современные сварочные аппараты выполняют некоторые функции, облегчающие работу сварщика; это, например, сохранение ранее использованных настроек или использование предварительно заданных синергетических кривых, облегчающее настройку параметров сварки для выполнения очередного задания.

ЗАЩИТНЫЙ ГАЗ ПРИ СВАРКЕ

Защитный газ часто играет важную роль в обеспечении производительности и качества сварки. Как следует из его названия, защитный газ защищает затвердевающий расплавленный сварной шов от окисления, а также от содержащихся в воздухе примесей и влаги, которые могут ослабить коррозионную стойкость шва, привести к образованию пор и снизить прочность шва за счет изменения геометрии соединения. Кроме того, защитный газ охлаждает сварочный пистолет. В качестве компонентов защитного газа чаще всего используются аргон, гелий, углекислый газ и кислород.

Защитный газ может быть инертным или активным. Инертный газ не вступает ни в какие реакции с расплавленным металлом шва, тогда как активный газ принимает участие в процессе сварки, стабилизируя дугу и обеспечивая равномерный перенос материала в сварной шов. Инертный газ используется при сварке методом MIG (дуговая сварка металлическим электродом в среде инертного газа), а активный газ — при сварке MAG (дуговая сварка металлическим электродом в среде активного газа).

Примером инертного газа является аргон, который не вступает в реакцию с расплавленным сварным швом. Это наиболее часто используемый защитный газ при сварке TIG. Углекислый газ и кислород вступают в реакцию с расплавленным сварным швом, как это происходит и со смесью углекислого газа и аргона.

Гелий (He) также является инертным защитным газом. Гелий и смеси гелия с аргоном используются при сварке методами TIG и MIG. Гелий обеспечивает лучшее проплавление кромок и более высокую скорость сварки по сравнению с аргоном.

Углекислый газ (CO2) и кислород (O2) — активные газы, используемые в качестве так называемого окисляющего компонента для стабилизации дуги и для обеспечения равномерного переноса материала при сварке методом MAG. Доля этих газообразных компонентов в составе защитного газа определяется типом стали.

НОРМЫ И СТАНДАРТЫ СВАРКИ

К процессам сварки, а также к конструкции и характеристикам сварочных аппаратов и источников питания применяются несколько международных стандартов и норм. Они содержат определения, инструкции и ограничения, касающиеся методик и конструкций аппаратов и направленные на повышение безопасности процессов, а также на обеспечение качества продукции.

Например, существует общий стандарт на сварочные аппараты дуговой сварки IEC 60974-1, тогда как технические условия на поставку, типы изделий, размеры, допуски и маркировку содержатся в стандарте SFS-EN 759.

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ СВАРКЕ

Со сваркой связаны несколько факторов риска. Дуга излучает чрезвычайно яркий свет и ультрафиолетовое излучение, которое может привести к поражению глаз. Брызги расплавленного металла и искры могут обжечь кожу и вызвать пожар, а дым и пары, образующиеся при сварке, могут представлять опасность при вдыхании.

Однако этих опасностей можно избежать путем надлежащей подготовки и использования соответствующих средств защиты.

Противопожарная защита предусматривает заблаговременную проверку участка, где будет производиться сварка; с этого участка должны быть удалены легковоспламеняющиеся материалы. Кроме того, должна быть обеспечена постоянная доступность средств пожаротушения. Посторонние лица не должны допускаться в опасную зону.

Глаза, уши и кожу необходимо защищать с помощью соответствующих средств защиты. Сварочная маска со светозащитным экраном защищает глаза, волосы и уши. Кожаные сварочные перчатки и комплект прочной, невоспламеняющейся одежды защищает руки и тело от искр и тепла.

Воздействия дыма и паров, выделяющихся при сварке, можно избежать с помощью достаточно интенсивной вентиляции на рабочем месте.

Узнать больше о безопасности при сварке

МЕТОДЫ СВАРКИ

Возможна классификация методов сварки по способу достижения необходимого для сварки нагрева и по способу подачи присадочного материала в зону шва. Используемый метод сварки выбирается в зависимости от типа подлежащих сварке материалов и их толщины, а также от требуемой эффективности производства и желаемого визуального качества сварного шва.

Наиболее широко используемые методы сварки — сварка MIG/MAG, сварка TIG, а также электродная сварка (ручная дуговая сварка металлическим электродом). Самым старым, наиболее известным и все еще наиболее распространенным является метод ручной дуговой сварки покрытым электродом (MMA), который обычно используется при выполнении монтажных работ в производственных помещениях и на открытых площадках; он позволяет производить сварку в труднодоступных местах.

Более медленный метод TIG дает возможность получать сварные соединения чрезвычайно высокого качества, поэтому он используется для выполнения швов, которые будут на виду или требуют особой точности.

MIG/MAG — универсальный метод сварки, при котором не нужно отдельно подавать присадочный материал в расплавленный шов. Вместо этого проволока проходит прямо в расплавленный шов через сварочный пистолет, окруженный защитным газом.

Для особых нужд имеются также и другие методы сварки, например лазерная, плазменная, точечная, дуговая сварка под флюсом, ультразвуковая сварка и сварка трением.