Все о сварке металла

Знать все о сварке металла крайне полезно не только для самих сварщиков и организаторов производства. Даже самые обычные люди порой выступают в качестве заказчиков, и тогда им необходимо понимать, какие бывают виды сварки и подготовка к работам, как проводится сварка оцинкованных цветных металлов, как выполняется сварка толстого металла и заготовок другой толщины. Наконец, бывает необходимо даже вникать в особенности порошкового и других видов сварочного процесса.

Разумеется, любая сварка металла, даже любительская, должна ориентироваться на ГОСТ и его требования. Ведь эти положения созданы не просто так, а в результате обобщения колоссального опыта. Пользоваться сварными соединениями люди начали еще в глубокой древности. Правда, тогда единственным вариантом их выполнения являлся огневой нагрев металла в кузнице. Сварочные работы проводятся как с целью ремонта готовых изделий, так и для их получения.

Сегодня значение сварки стало намного больше, чем когда-либо ранее. Подобный метод применяется:

• в строительстве;
• в промышленности;
• в создании трубопроводов;
• при возведении заборов;
• в автомобильном ремонте;
• в починке отопительных приборов и магистралей.

Правильная сварка позволяет:

• существенно сэкономить металл (по сравнению с другими способами соединений);
• уменьшить трудоемкость выполняемых работ;
• сократить себестоимость;
• изготовить сложносоставные конструкции даже за ограниченное время;
• сократить расходы на технологическое оборудование;
• организовать при необходимости автоматизированное производство;
• применять самые разные материалы, в том числе присоединить металл к неметаллическим конструкциям;
• изготавливать даже мелкие детали и элементы;
• обеспечить солидную герметичность и стойкость к износу.

Но рассказ об основах сварки не позволяет умолчать и об ее недостатках, таких как:

• засорение воздуха;
• необходимость расходовать электричество и/или различные газы;
• вероятность возникновения трещин на швах;
• неизбежное ослабление (шов всегда менее крепок и стабилен, чем целый металл);
• вероятность деформации металла из-за швов;
• вероятность появления остаточных напряжений при неоднородном нагреве.

Классическим методом горячей сварки является соединение металла встык. В этом варианте обеспечивается примыкание двух частей (конструкций) торцами. Подобный подход достаточно прост и дешев, выполняется без лишних проблем. Это решение оптимально даже для стыков, которые сталкиваются с непрерывными механическими напряжениями. Толщина металла при стыковой сварке не увеличивается, что делает ее отличным выбором для ответственных работ, в том числе для транспортного машиностроения.

Но иногда применяется другой способ — соединение внахлест. Чаще всего он нужен, когда сваривают точечно, контактом. Кромки разделывать не потребуется, однако сами они должны быть тщательно разделаны. Торцы кромочных частей и прилегающие к ним участки обязательно освобождают от жира.

Однако надо учитывать:

• определенный перерасход металла;
• повышенную затрату электродов или сварочного газа;
• недостаточную, по сравнению со стыковым исполнением, прочность.

Художественную сварку тоже было бы глупо обойти вниманием. Эта процедура применяется для создания мебели и различных декоративных предметов. Но ее могут использовать и в производстве практичных бытовых вещей, которые должны иметь подчеркнуто дизайнерский вид.

Чаще всего речь идет о:

• журнальных и прикроватных столиках;
• изящных заборах;
• стульях;
• вешалках;
• обувных стойках;
• арках;
• орнаментных деталях для украшения интерьера;
• сувенирах.

Важным подвидом сварки давлением является ультразвуковая обработка. Но в бытовых условиях чаще применяют другой вариант — соединение при помощи состава «холодная сварка». Предварительно проводится пластическая деформация зоны крепления. Общее между различными методиками и различными химическими составами «холодного соединителя» – отсутствие прогрева поверхности. Оригинальным видом сваривания давлением является, между прочим, сварка взрывом.

Пластическая деформация в таком варианте происходит, разумеется, очень быстро. Также она неизбежно сопровождается разогревом обрабатываемой поверхности. Стоит упомянуть также магнитно-импульсную методику. Она подразумевает сталкивание (соударение) деталей, приводимых в движение импульсами магнитного поля.

Именно к этому разряду относится всем известная электродуговая сварка. Электрическая дуга может создаваться постоянным либо переменным током. У этих вариантов есть как преимущества, так и недостатки. Когда торец электродного инструмента и кромки деталей плавится, формируется шлаковая ванна, которая какое-то время остается в расплавленном виде. Соединение формируется, когда ванночка затвердевает, для работы нужны плавкие или неплавкие электроды.

Весьма ценная альтернатива — электрошлаковая методика. Флюс непрерывно поступает в ванну. Для работы может применяться пластинчатый, проволочный электрод либо плавкий мундштук. Встречаются колеблющиеся и не имеющие колебаний электроды. Допустимая толщина стыков составляет от 1,5 до 60 см.

Также вариантом сварки плавлением является лазерная обработка. Разумеется, это уже не бытовое решение, а сугубо промышленный вариант. Зато можно справиться даже с самыми тугоплавкими металлами и работать на очень небольшой площади. В небольших мастерских более употребительна газовая сварка. В этом варианте для выработки тепла используют реакцию горения:

• ацетилена;
• бутана;
• водорода;
• пропана;
• бензиновых паров.

Большое значение сегодня имеет и плазменная сварка. Ионизация газа происходит при температуре от 5500 градусов, что существенно повышает требования к оборудованию. Подобная методика, как и электронно-лучевая, востребована в приборостроении, авиастроении, в сваривании вольфрама, никелевых сплавов, нержавеющих сталей. Электронно-лучевой способ подразумевает преобразование кинетической энергии движущихся электронов в тепловую энергию. Она-то и плавит металлы.

Суть очень проста: давление сочетается с тепловым воздействием. Этот подход позволяет сформировать особо устойчивую межатомную связь, несмотря на ограниченный расход тепла. Подобная методика — та самая, которую использовали еще древние кузнецы. Термомеханическая сварка, однако, может быть выполнена и контактным способом. В этом случае сначала прогревают изделия, пока они не станут гибкими, а затем подвергают пластическому деформированию, есть при этом следующие подвиды:

• точечный;
• стыковой;
• рельефный;
• шовный.

В промышленности, конечно, используют сварочные станки высокого класса. Но этим ограничиться нельзя. При термической сварке применяют присадочные элементы — электроды и металлические прутки. Получать тепло помогает иногда горючий газ, термит (специфическая смесь горючих веществ). В газовом варианте чаще всего применяют пропан и ацетилен, для заполнения шва используется присадочный пруток.

Самый массовый в мире способ — электродуговая сварка. Помимо самих аппаратов, трансформаторов, источников тока для нее нужны электродные инструменты. Ручную дуговую сварку чаще всего ведут плавящимся электродом. Он обязательно должен быть покрыт особой обмазкой.

Потому необходимо использовать:

• специальные баллоны;
• регуляторы поступления газов;
• особые магистрали.

Лазерная сварка может проводиться в самых труднодоступных участках — однако для этого придется использовать специальные призмы. Именно они точно направляют луч основной установки в заданное место. Электрошлаковую методику можно применить, если использовать специальный проводящий ток флюс. Дополнительно понадобится присадочная проволока. Что касается термитного варианта, то он подразумевает применение комбинации магния, алюминия и металлической окалины, которую сжигают в жаропрочном резервуаре.

Для зачистки металла перед сваркой рекомендуется использовать угловые шлифовальные машины и жесткие щетки. При дуговой и электронно-лучевой методике величина участка, на котором удаляют загрязнение, составляет примерно 0,5 см от создаваемого шва. Если толщина соединяемых деталей равна 5-20 мм, то расчетный показатель зачищаемой зоны — не меньше этой толщины. Если варят листовой прокат толще 36 мм, то придется дополнять визуальный контроль ультразвуковой дефектоскопией.

Когда изделия деформированы, перед тем как браться за сварочный инструмент, необходимо произвести правку. Для этой работы применяют кувалды и молотки. В промышленности применяют листоплавильные валки и мощные прессы. Разметку и пространственную подготовку производят с помощью:

• рулеток;
• линеек;
• штангенциркулей;
• оптических разметно-маркировочных машин;
• систем для мерной резки.

Перед тем как сваривать любые металлические изделия самой разной толщины, придется внимательно вычищать поверхность. Максимальное внимание надо уделять очистке контактной площадки. Достаточно даже небольшого количества влаги, ржавчины, маслянистых включений, чтобы шов был ухудшен необратимо. Обязательно проверяют стыки и кромки. Важно знать и то, как резать изделия из листового металла. Эта работа может быть выполнена даже самыми обычными электродами. Но правильнее применять изделия специального типа (ОЗР). При разделительной резке листы ставят так, чтобы расплав вытекал беспрепятственно. Электрод ведут под прямым углом к плоскости металла. Часто в быту приходится сваривать оцинкованную сталь (в просторечии оцинковку).

Обязательным условием является прогрев до температуры свыше 1000 градусов. Приходится учитывать неизбежное засорение воздуха парами цинка. Они могут поражать и сам обрабатываемый металл. Потому стандартная технология подразумевает использование мощной общей вентиляции и тщательной вентиляции рабочей зоны.

Алюминий и его соединения обычно обрабатывают электродуговым способом. Может использоваться, к примеру, открытая и закрытая дуга. При газовой защите рекомендовано брать аргон первого и второго классов. Также могут использовать аргоно-гелиевую смесь. Ручная дуговая сварка подразумевает применение особых установок (УДГ и подобных устройств).

Для работы с изделиями из толстого металла наиболее предпочтительны электродуговая и электрошлаковая методики. Они позволяют отказаться от использования дорогих расходных материалов. В электрошлаковом варианте формируют исключительно вертикальные швы, которые идут снизу вверх. Между соединяемыми листами нужно оставлять промежуток, обрабатывать стыки не потребуется. Наибольшая толщина — 0,6 м, всю работу надо сделать за один проход.

Для ускорения работы часто применяют проволоку из порошкового металла. К тому же подобный метод гарантирует повышенное качество шва. Определение массы наплавленного вещества производится сообразно:

• классу манипуляций;
• типу материала;
• категории используемой проволоки;
• необходимым требованиям к формируемому шву.

В ряде случаев возникает необходимость сделать отверстие в свариваемом изделии. Лучше всего сделать это при помощи инверторного аппарата. Прорезание отверстий даже проще, чем сама сварочная работа. Предсказуемо рекомендуют использовать уже упомянутые электроды ОЗР. После разжигания дуги настраивают подходящую силу тока.

Края размечают при помощи химического карандаша. Мелкие отверстия (до 2 см в разрезе) формируют сразу. При большом объеме работы рекомендуется сначала прорезать дырку небольшой величины и затем ее расширять. Стоит учитывать, что электродная резка не может обеспечить идеально ровных линий. Если это критично, правильнее использовать плазменное оборудование.

Иногда становится нужна и сварка каленого металла. Надо понимать, что она грозит появлением большого числа трещин и иных деформаций. Присадочный материал должен быть той же марки, что и основное изделие. Проще всего выполнить работу ручным способом со специальными электродами. В промышленных масштабах предпочтительна электродуговая сварка с аргоном.

Иногда сварщики жалуются, что металл прожигается или прогорает. Ставить слишком большой ток нецелесообразно — иначе получится так, что изделия не варят, а режут, по сути. Тонкие образцы правильнее обрабатывать инвертором. Важно: не стоит лишний раз использовать длинные переноски. Из-за них мощность аппаратов чрезмерно падает.

Иногда возникает пространственная деформация — или, как говорят профессионалы, металл ведет. Компенсировать это можно при помощи предварительного разогрева. В некоторых случаях можно делать сварочные работы в «кондукторах». Также возможны иные проблемы:

• трещины;
• пустоты;
• различные поры;
• твердые вкрапления;
• несплавленные участки;
• места непроваров.

В процессе плавления металл накаляется примерно до 1000 градусов, а иногда и больше. Приходится защищаться как от ожога, так и от электрического тока, и от горючих газов. Потому сварщики обязательно надевают защитную спецодежду и маски, даже если им надо «всего лишь» заваривать мелкую трещину. Нельзя надевать какую-либо одежду из горючих материалов, а также синтетических тканей. Наилучшим выбором для защиты рук являются замшевые или сделанные из спилка перчатки.

Важно: нельзя применять самодельные маски и щитки, даже небольшая щель сильно ухудшает защитные качества. В любом случае рекомендуется применять полностью заземленное электрооборудование. Освещение рабочей зоны должно производиться в идеале приборами на 12 В. Холостой ход применяемого оборудования должен производиться при напряжении максимум 90 В.

В норме провода для сварочных аппаратов должны быть максимум 10 м в длину. Соединение оборванных сетевых кабелей производится только особой муфтой. Работая на улице, придется ставить аппараты под навесы или даже в крытые павильоны. Если начинается сильный дождь или даже слабый снегопад, варить металл нельзя. Перед началом работы требуется внимательно проверять исправность изоляции всех проводов и аппаратов.

Сварочные работы в закрытых помещениях могут выполняться только при работающей приточной вентиляции. Даже при таком условии следует выполнить предварительное проветривание. В сырых местах придется использовать резиновые коврики. Перед сваркой на высоте необходимо получать наряд-допуск, а также использовать защитное страховочное снаряжение. За работающими на высоте должны наблюдать помощники.

В следующем видео вас ждет сварка тонкого металла электродом.