У металургії якість готових виробів нерідко залежить від якості виконання зварювання. Зараз існує безліч технологій зварювання, які підійдуть для застосування практично з будь-якими матеріалами — головним завданням тут є правильне визначення потрібного виду зварювання.
Процеси зварювання відрізняються один від одного залежно від того, з якими металами йде робота, і який очікується результат. Усі види зварювання можна умовно розділити на три класи:
- термічний;
- механічний;
- термомеханічний.
Розглянемо детальніше кожен з цих класів зварювання, а також види, що входять в них.
Термічний клас зварювання
Сюди входять електродуговий, лазерний, газополум'яний, термітний, електрошлаковий і електронно-променевий види зварювань. Основний принцип цього класу — з'єднання деталей з металу за допомогою виключно термічної дії. Добитися температур плавлення різних металів можна декількома видами дії. Розглянемо коротко кожен з них :
- Електродуговий. На цей момент це найпопулярніший і зручніший вид зварювання. Вона здійснюється внаслідок струму від контакту електроду з деталлю. Паралельно утворюється плівка, яка захищає деталь від окислення. За ДЕСТом існують три типи зварювання електродуги: ручна, напівавтоматична з автоматичним поданням електроду, а також автоматична. Найточнішим методом є, що логічно, автоматичне зварювання електродуги.
- Лазерний. Цей метод використовує лазерний промінь, який генерується усередині апарату спеціальним квантовим пристроєм. При використанні цього виду зварювання виходить дуже тонкий і міцний шов, а сам процес не займає багато часу. З цієї причини лазерний тип зварювання всюди використовується в автомобілебудуванні та на виробництвах, де потрібний естетично приємний зовнішній вигляд готових виробів.
- Газополум'яний. Для зварювання таким методом використовується полум'я від відкритого пальника, що утворюється внаслідок подання газу в кисневу суміш. Температура цього полум'я виходить досить високою для того, щоб надійно зварити разом дві деталі.
- Термітний. Для такого зварювання використовується терміт — спеціальна речовина, яка при підпалі виділяє дуже багато енергії, внаслідок чого дозволяє зварити дві деталі, на які воно було нанесене. Це хороший варіант для тих випадків, де немає доступу до устаткування або електромереж — наприклад, при зварюванні залізничних рейок.
- Електрошлаковий. Цей сучасний спосіб зварювання металів використовує шлак, який витримує температури на порядок вище за тих, при яких плавляться зварювані метали й електрод. В такому випадку плавлення кромок відбувається після закінчення процесу горіння зварювальної дуги — через сплав проходить струм, який надійно зварює деталі. Застосування такої методики виправдане для роботи з товстими й важкими конструкціями — інші способи зварювання для них мають занадто малу продуктивність.
- Електронно-променевий. Тут електрони на дуже високій швидкості стикаються з атомами металу, віддаючи їм багато енергії, яка і плавить метал. Щоб шов вийшов міцним, знадобиться забезпечити повний вакуум в місці зварювання. Головна перевага цього виду зварювання — можливість точково фокусувати потік електронів так, що можна зварювати навіть мікродеталі.
Механічний клас зварювання
Відповідаючи своїй назві, цей клас використовує механічну енергію. Оскільки добитися високих температур за допомогою тиску або тертя досить просто, цей клас зварювання досить поширений у багатьох видах промисловості. Видів такого зварювання згідно з ДЕСТом всього чотири:
- Зварювання тертям. Щоб досягти потрібної температури за допомогою тертя, одна деталь обертається на дуже великій швидкості. В цей час окислюється оксидна плівка, що захищає виріб, відбувається нагрів кромок, і у результаті від шва відходить пластична частина металу.
- Зварювання холодом. Як зрозуміло з назви, нагрів тут не використовується. Замість цього застосовується деформація, що руйнує захисну плівку і чинить високий тиск на деталі, що сполучаються. Чим більше механічна сила такого тиску, тим міцніше з'єднання деталей і більше руйнування оксидної плівки. Такий метод більше підходить для пластичних металів.
- Зварювання вибухом. Тут все просто — при вибуху виділяється багато енергії, яка і скріплює конструкції між собою. В умовах цеху проводити такі маніпуляції неможливо, тому використовуються спеціальні полігони, де ударна хвиля не зачепить співробітників.
- Ультразвукове зварювання. При застосуванні такої методики використовуються високі акустичні частоти, які нагрівають під місцем дії метал. Головне — щільно притиснути деталі одну з одною. Цей метод хороший для використання в тих випадках, коли неможливо застосувати клеї, пайку або болти. При цьому процес повністю автоматизований — робота відбувається на спеціальному автоматичному устаткуванні й не вимагає втручання людини.
Термомеханічний клас зварювання
Цей клас поєднує в собі методи, які використовують два попередніх — дія механічною силою і дія високими температурами. Головна відмінність від термічного класу полягає в тому, що деталі нагріваються ззовні. Відомі три види в цьому класі зварювання:
- Ковальський. Це, можна сказати, предок усіх існуючих зараз технологій зварювання — і він досі використовується! Суть методу полягає в тому, що заздалегідь дочиста розжарені частини, що сполучаються, відбивають ковальським молотом. Для часткового позбавлення від окалини конструкцію заздалегідь посипають кварцевим піском або сіллю, а після нагрівання завдають наростаючих за силою ударів.
- Контактний електричний. Цей метод ще називають зварюванням опором — через іскру нагрівають точку опору, яка переймає на себе електричний струм, що зварює між собою деталі. Цей вид можна було б віднести до термічного класу зварювання, але для того, щоб зварювання пройшло успішно, треба застосувати й механічну силу — добре здавити деталі між собою, щоб закріпити хімічний зв'язок між деталями заготівлі.
- Дифузійний. Для зварювання за такою методикою використовують вакуум, в якому атоми дифундують на поверхневих шарах матеріалів, які зварюються між собою. У таких умовах метал нагрівається до точки плавлення, а для збільшення площі контакту застосовується тиск до двадцяти мегапаскалів. Заготівля нагрівається, вакуум запобігає появі оксидної плівки, і деталі можуть надійно з'єднатися. Уся процедура проходить в три етапи — вміщення деталей у вакуумну камеру з чиненням тиску, нагріваючи струмом, і витримка температурного режиму на вказаний ДЕСТом час. Так багатоетапний процес добре підходить для роботи з матеріалами схожими за складом, але різними за своїми характеристиками — нержавіюча сталь і нелеговані сплави, чавун.
Вибір класу і виду такої обробки на виробництві повинен грунтуватися на базових характеристиках як металів, так і заготівель з них. Крім того, потрібно враховувати технічні можливості підприємства, а щоб добитися гарних результатів, треба зварювати відповідно до правил, вказаних в державному стандарті. Це багато в чому визначає успішність результатів зварювання, у тому числі довговічність зварного шва.
В деяких випадках можливості виробництва обмежені — немає необхідного устаткування, невідповідність цеху вимогам, що надаються зварюванню за тією або іншою методикою, і так далі. У таких ситуаціях треба передбачити усі нюанси майбутнього зварювання і забезпечити наявність усіх необхідних матеріалів і умов: сумішей, вакуумних камер, пресів.
Застосування будь-якої з описаних методик також вимагає підвищеної уваги до дотримання техніки безпеки. Окрім застосування засобів захисту, варто також перевірити справність зварювального устаткування і якість використовуваних матеріалів.