Виды сварочных соединений¶

Сварка — технология получения неразъёмных соединений материалов (преимущественно металлов и полимеров) путём создания общего сварочного шва за счёт сближения свариваемых поверхностей до межатомных расстояний с использованием энергии источника нагрева. По состоянию на начало XXI века в промышленности применяется более ста разновидностей сварочных процессов, различающихся по виду энергии, характеру воздействия на металл, среде сваривания и степени автоматизации.

¶Классификация сварки

В России основой классификации служат ГОСТ 14806-80 «Сварка металлов и неметаллических материалов. Термины и определения» и отраслевые справочники. Основные признаки разделения:

• по виду энергии, используемой для нагрева и плавления;
• по состоянию свариваемых кромок (плавление, давление, комбинированный способ);
• по среде, в которой протекает процесс (воздух, инертный газ, флюс, вакуум);
• по степени автоматизации (ручная, механизированная, автоматическая, роботизированная);
• по виду свариваемого материала (металлы, полимеры, стекло, дерево).

¶Сварка плавлением

При сварке плавлением соединяемые кромки расплавляются, формируется общая сварочная ванна, которая после кристаллизации образует шов. К этой группе относится большинство промышленных процессов.

¶Ручная дуговая сварка (РДС, MMA)

Соединение образуется электрической дугой между металлическим электродом и свариваемым изделием. Электрод покрыт обмазкой, которая при горении создаёт газовую защиту и шлаковую оболочку шва. РДС — наиболее универсальный и распространённый способ, не требующий сложного оборудования; применяется в строительстве, ремонте, монтажных работах. Недостатки — низкая производительность и зависимость качества от квалификации сварщика.

¶Сварка в защитных газах (MIG/MAG, TIG)

При сварке плавящимся электродом в среде защитного газа (MIG/MAG) дуга горит между проволокой-электродом и изделием, а зона сварки охраняется от воздуха инертным (аргон, гелий) или активным (углекислый газ, смеси) газом. Процесс легко автоматизируется, обеспечивает высокую производительность и чистоту шва.

Сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона (TIG, аргонодуговая) применяется для ответственных соединений из нержавеющих сталей, алюминия, титана, а также для корневого шва труб. TIG считается одним из самых качественных способов, но имеет невысокую производительность.

¶Электрошлаковая сварка (ЭШС)

Процесс, при котором дуга зажигается между электродом и изделием, а затем горит в жидком шлаке, расплавляющем кромки и электрод. ЭШС позволяет сваривать крупные сечения (листы толщиной до 100 мм и более) за один проход без скоса кромок; применяется в машиностроении, судостроении, при изготовлении прокатного и гидравлического оборудования.

¶Плазменная сварка

Дуга горит в сопле плазмотрона, сжимается струёй газа и разогревается до 20 000–30 000 °C. Плазменная струя обеспечивает высокую концентрацию энергии, что позволяет сваривать тонкие и тугоплавкие материалы с чистым и узким швом. Существует также плазменная резка, использующая тот же принцип.

¶Газовая сварка

Соединение образуется пламенем горючего газа (ацетилен, пропан, водород) в смеси с кислородом. Газовая сварка малопроизводительна и в промышленности почти вытеснена дуговыми методами, но сохраняется для сварки тонкостенных деталей из меди и её сплавов, для пайки и наплавки.

¶Лазерная сварка

Источником энергии служит лазерный луч (чаще всего волоконный или CO₂-лазер), сфокусированный в пятно малого диаметра. Обеспечивает сварку с минимальным тепловложением, малой зоной термического влияния, высокой скоростью и точностью; применяется в автомобилестроении, авиации, приборостроении. Часто комбинируется с дуговой сваркой (лазерно-дуговая гибридная технология).

¶Электронно-лучевая сварка (ЭЛС)

Пучок электронов ускоряется в вакууме и направляется на свариваемый шов. Позволяет получать глубокие и узкие швы в тугоплавких металлах (молибден, вольфрам, ниобий) и крупногабаритных конструкциях. Основной недостаток — необходимость вакуумной камеры, что ограничивает габариты изделий.

¶Сварка давлением

При сварке давлением соединение образуется без расплавления основного металла — за счёт пластической деформации и диффузии атомов при нагреве.

¶Контактная сварка

Ток проходит через свариваемые детали, нагревая их в месте контакта. Основные разновидности:

• точечная — сварка отдельными точками; широко применяется в кузовном производстве автомобилей;
• шовная — сварка непрерывным швом роликовыми электродами (например, баки, трубы);
• стыковая — соединение стык в стык с последующим осадочным усилием.

¶Сварка трением

Нагрев в зоне контакта достигается за счёт механического трения (обычно вращением одной детали относительно другой) с последующим осадочным усилием. Разновидности — сварка трением с перемешиванием (ФСО, ставшая промышленной технологией в конце XX века), сварка оплавлением, сварка качающимся инструментом. Применяется в авиакосмической промышленности для алюминиевых и титановых конструкций.

¶Ультразвуковая сварка

Колебания ультразвуковой частоты передаются через свариваемые детали, вызывая местный разогрев и пластическую деформацию на границе контакта. Используется для тонких листов, проволоки, а также для сварки полимеров и композитов.

¶Сварка полимеров и других неметаллических материалов

Для термопластичных полимеров применяется сварка горячим газом (воздухом или азотом), экструзионная сварка, сварка нагретым инструментом (штангой, плитой), сварка вращением. Для сварки стекла используется газовое пламя и лазер; для сварки древесины — клеевые технологии и термокомпрессионные методы.

¶Выбор способа сварки

При выборе учитывают вид и толщину материала, требования к шву, условия производства (полевые или цеховые), необходимость автоматизации и стоимость оборудования. В российской промышленности дуговые методы (РДС, MIG/MAG, TIG) составляют основу сварочных работ, а для массового серийного производства применяются контактная, лазерная и роботизированная сварка.

¶Интересные факты

• Считается, что первые сведения о сварке давлением относятся к бронзовому веку: золотые диски из Микен, датируемые II тысячелетием до н. э., были соединены методом, близким к холодной сварке.
• Термин «электрошлаковая сварка» закрепился в СССР в 1950-х годах, когда технология была разработана под руководством Б. Е. Патона.
• В России действует Единая технологическая процедура (ЕТП) сварки — свод правил, регламентирующих технологию для ответственных конструкций.

Источники:

• ГОСТ 14806-80. Сварка металлов и неметаллических материалов. Термины и определения.
• Справочник по сварке. Под ред. В. В. Фадеева.
• Кутепов М. Ф. Сварка металлов.
• Патон Б. Е. Электрошлаковая сварка.