В металлургии качество готовых изделий нередко зависит от качества выполнения сварки. Сейчас существует множество технологий сваривания, которые подойдут для применения практически с любыми материалами — главной задачей здесь является правильное определение нужного вида сварки.

Процессы сварки отличаются друг от друга в зависимости от того, с какими металлами идет работа, и какой ожидается результат. Все виды сварки можно условно разделить на три класса:

  • термический;
  • механический;
  • термомеханический.

Рассмотрим подробнее каждый из этих классов сварки, а также входящие в них виды.

Термический класс сварки

Сюда входят электродуговой, лазерный, газопламенный, термитный, электрошлаковый и электронно-лучевой виды сварок. Основной принцип этого класса — соединение деталей из металла с помощью исключительно термического воздействия. Добиться температур плавления для различных металлов можно несколькими видами воздействия. Рассмотрим вкратце каждый из них:

  1. Электродуговой. На данный момент это самый популярный и удобный вид сварки. Она осуществляется за счет тока от контакта электрода с деталью. Параллельно образуется пленка, которая защищает деталь от окисления. По ГОСТу существуют три типа электродуговой сварки: ручная, полуавтоматическая с автоматической подачей электрода, а также автоматическая. Самым точным методам является, что логично, автоматическая электродуговая сварка.
  2. Лазерный. Этот метод использует лазерный луч, который генерируется внутри аппарата специальным квантовым устройством. При использовании этого вида сварки получается очень тонкий и прочный шов, а сам процесс не занимает много времени. По этой причине лазерный тип сварки повсеместно используется в автомобилестроении и на производствах, где необходим эстетически приятный внешний вид готовых изделий.
  3. Газопламенный. Для сварки таким методом используется пламя от открытой горелки, образующееся за счет подачи газа в кислородную смесь. Температура этого пламени получается достаточно высокой для того, чтобы надежно сварить вместе две детали.
  4. Термитный. Для такой сварки используется термит — специальное вещество, которое при поджигании выделяет очень много энергии, за счет чего позволяет сварить две детали, на которые оно было нанесено. Это хороший вариант для тех случаев, где нет доступа к оборудованию или электросетям — например, при сваривании железнодорожных рельсов.
  5. Электрошлаковый. Этот современный способ сваривания металлов использует шлак, который выдерживает температуры на порядок выше тех, при которых плавятся свариваемые металлы и электрод. В данном случае плавление кромок происходит после окончания процесса горения сварочной дуги — через сплав проходит ток, который надежно сваривает детали. Применение такой методики оправдано для работы с толстыми и увесистыми конструкциями — другие способы сварки для них имеют слишком малую производительность.
  6. Электронно-лучевой. Здесь электроны на очень высокой скорости сталкиваются с атомами металла, отдавая им много энергии, которая и плавит металл. Чтобы шов получился прочным, понадобится обеспечить полный вакуум в месте сварки. Главное преимущество этого вида сварки — возможность точечно фокусировать поток электронов так, что можно сваривать даже микродетали.

Сварка металлопроката

Механический класс сварки

Соответствуя своему названию, этот класс использует механическую энергию. Поскольку добиться высоких температур с помощью давления или трения достаточно просто, этот класс сварки достаточно распространен во многих видах промышленности. Видов такой сварки согласно ГОСТу всего четыре:

  1. Сварка трением. Чтобы достичь нужной температуры с помощью трения, одна деталь вращается на очень большой скорости. В это время окисляется оксидная пленка, защищающая изделие, происходит нагрев кромок, и в итоге от шва отходит пластичная часть металла.
  2. Сварка холодом. Как понятно из названия, нагрев здесь не используется. Вместо этого применяется деформация, разрушающая защитную пленку и оказывающая высокое давление на соединяемые детали. Чем больше механическая сила такого давления, тем крепче соединение деталей и больше разрушение оксидной пленки. Такой метод больше подходит для пластичных металлов.
  3. Сварка взрывом. Здесь всё просто — при взрыве выделяется много энергии, которая и скрепляет конструкции между собой. В условиях цеха проводить такие манипуляции невозможно, поэтому используются специальные полигоны, где ударная волна не заденет сотрудников.
  4. Ультразвуковая сварка. При применении такой методики используются высокие акустические частоты, которые нагревают под местом воздействия металл. Главное — плотно прижать детали друг с другом. Этот метод хорош для использования в тех случаях, когда невозможно применить клеи, пайку или болты. При этом процесс полностью автоматизирован — работа происходит на специальном автоматическом оборудовании и не требует вмешательства человека.

Термомеханический класс сварки

Этот класс сочетает в себе методы, которые используют два предыдущих — воздействие механической силой и воздействие высокими температурами. Главное отличие от термического класса заключается в том, что детали нагреваются извне. Известны три вида в этом классе сварки:

  1. Кузнечный. Это, можно сказать, предок всех существующих сейчас технологий сваривания — и он до сих пор используется! Суть метода заключается в том, что предварительно добела накаленные соединяемые части отбивают кузнечным молотом. Для частичного избавления от окалины конструкцию заранее посыпают кварцевым песком или солью, а после нагревания наносят нарастающие по силе удары.
  2. Контактный электрический. Этот метод еще называют сваркой сопротивлением — через искру нагревают точку сопротивления, которая принимает на себя электрический ток, сваривающий между собой детали. Этот вид можно было бы отнести к термическому классу сварки, но для того, чтобы сваривание прошло успешно, нужно применить и механическую силу — хорошо сдавить детали между собой, чтобы закрепить химическую связь между деталями заготовки.
  3. Диффузионный. Для сваривания по такой методике используют вакуум, в котором атомы диффундируют на поверхностных слоях материалов, которые свариваются между собой. В таких условиях металл нагревается до точки плавления, а для увеличения площади контакта применяется давление до двадцати мегапаскалей. Заготовка нагревается, вакуум предотвращает появление оксидной пленки, и детали могут надежно соединиться. Вся процедура проходит в три этапа — помещение деталей в вакуумную камеру с оказанием давления, нагрев током, и выдерживание температурного режима на указанное ГОСТом время. Так многоэтапный процесс хорошо подходит для работы с материалами схожими по составу, но разными по своим характеристикам — нержавейка и нелегированные сплавы, чугун.

Выбор класса и вида такой обработки на производстве должен основываться на базовых характеристиках как металлов, так и заготовок из них. Кроме того, надо учитывать технические возможности предприятия, а чтобы добиться хороших результатов, нужно сваривать в соответствии с правилами, указанными в государственном стандарте. Это во многом определяет успешность результатов сваривания, в том числе долговечность сварного шва. 

В некоторых случаях возможности производства ограничены — нет необходимого оборудования, несоответствие цеха требованиям, предоставляемым сварке по той или иной методике, и так далее. В таких ситуациях нужно предусмотреть все нюансы предстоящего сваривания и обеспечить наличие всех необходимых материалов и условий: смесей, вакуумных камер, прессов.

Применение любой из описанных методик также требует повышенного внимания к соблюдению техники безопасности. Помимо применения средств защиты, стоит также проверить исправность сварочного оборудования и качество используемых материалов.