Классифицировать сварку можно по разным признакам: по источнику нагрева, по агрегатному состоянию присадочного материала, по способу защиты сварочной зоны от окисления. На практике чаще всего используют классификацию по физическому принципу, то есть по тому, как создаётся тепло и каким образом свариваемые кромки переходят в общее соединение. Ниже рассмотрены основные группы.
Дуговая сварка
Дуговая сварка основана на использовании тепла электрической дуги. Электрическая дуга — это устойчивый разряд между электродом и изделием, который даёт температуру в зоне дуги свыше 3000 °C. Этого достаточно, чтобы расплавить металл кромок и (при необходимости) присадочный материал.
Дуговая сварка делится на несколько подтипов:
-
Ручная дуговая сварка покрытым электродом
При этом способе используют плавящийся электрод с обмазкой. Электрод ( основные электроды, рутиловый, кислый и др.) выполняет сразу две функции: это источник расплавленного металла шва и источник газового/шлакового покрытия, которое защищает расплав от кислорода и азота воздуха. Метод остаётся одним из самых распространённых, потому что оборудование простое, подходит для стали разной толщины, можно работать на монтаже, в стеснённых условиях, на ремонте.
-
Сварка в среде защитных газов (MIG/MAG, TIG)
MIG/MAG — это сварка плавящейся проволокой в защитном газе. Проволока подаётся автоматически, дуга горит стабильно, зона шва защищена инертным или активным газом. Применяется в серийном производстве, металлоконструкциях, кузовных работах, то есть там, где важна скорость и стабильность качества.
TIG (аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом) отличается тем, что сам электрод не плавится. Плавится основа и/или присадка, а защита обеспечивается инертным газом (обычно аргоном). Метод используется для ответственных швов на нержавеющей стали, алюминии, титане, когда нужна высокая точность и минимальные дефекты.
-
Под флюсом
Дуга горит под слоем гранулированного флюса. Флюс полностью изолирует ванну расплава от воздуха, стабилизирует дугу и формирует ровный шов большой глубины проплавления. Такой процесс применяют для толстостенных деталей, балок, труб большого диаметра. Он продуктивен и даёт высокую однообразность шва.
Общее для дуговой сварки: высокая универсальность, возможность автоматизации, и при этом широкий диапазон толщин металла. Минус — тепловое влияние велико, зона термического влияния может менять структуру материала, особенно в низколегированных сталях. Для чувствительных сплавов это критично.
Контактная сварка
Контактная (сопротивительная) сварка не использует открытую сварочную дугу. Вместо этого две детали зажимают электродами, пропускают через точку контакта ток высокой силы, металл в месте контакта разогревается из-за собственного электрического сопротивления до пластического состояния, после чего к деталям прикладывают усилие осадки. Результат — монолитное соединение без отдельного шва в привычном смысле.
Основные варианты контактной сварки:
-
Точечная сварка. Тепло вводится локально, в точке приложения электродов. Часто используется при изготовлении кузовов автомобилей и корпусов бытовой техники.
-
Шовная сварка. Электроды выполнены в виде роликов, что позволяет формировать непрерывный сварной шов внахлёст, напоминающий герметичный шов пайки. Применяется в изготовлении емкостей, баков, тонколистовых конструкций.
-
Стыковая сварка. Детали соединяют торцами; после нагрева их осаживают, добиваясь диффузионного слияния. Метод используют для прутков, труб, проводников.
Контактная сварка хорошо подходит для серийного производства. Она легко автоматизируется, даёт предсказуемую повторяемость и не требует присадочного материала. Дополнительно она почти не оставляет выпуклого шва, что снижает необходимость последующей механической обработки.
Газовая сварка
Газовая сварка использует пламя газокислородной горелки. Источник тепла здесь не электрическая дуга, а сгорание смеси топлива (классически ацетилена) с кислородом. Температура пламени ацетилен-кислород достигает примерно 3000 °C, чего достаточно, чтобы расплавить сталь, цветные металлы и присадочную проволоку. В качестве присадки для газовой сварки нередко применяют сварочную проволоку соответствующего химического состава: для углеродистых и низколегированных сталей используют стальную проволоку, для меди и её сплавов — медную или латунную, для алюминия — алюминиево-кремниевые и алюминиево-магниевые марки.
Газовая сварка исторически применялась повсеместно, но в промышленности её вытеснила дуговая сварка и сварка в защитных газах из-за более высокой скорости и стабильности дуговых процессов. Тем не менее она по-прежнему востребована:
-
при ремонте чугунных отливок;
-
при сварке цветных сплавов, где важно более «мягкое» тепловложение;
-
в условиях, где нет электричества или нет смысла в сложном оборудовании.
Ещё одно применение газового оборудования — газовая резка, но это уже другая операция, не соединение, а разделение.
Лазерная сварка
Лазерная сварка использует сфокусированное лазерное излучение высокой плотности энергии. Пятно луча очень небольшого диаметра, тепловложение локальное, глубина проплавления может быть высокой при минимальной ширине шва. Это позволяет сваривать тонкостенные детали с высокой точностью, с минимальной деформацией и с практически отсутствующей зоной перегрева вокруг шва.
Такая технология применяется там, где важны точность и качество сопряжённо с малой зоной термического влияния: в приборостроении, электронике, медтехнике, авиационно-космической отрасли. Лазерная сварка также используется в роботизированных производственных линиях, потому что процесс легко контролируется и даёт повторяемый результат.
Электронно-лучевая сварка
Электронно-лучевая сварка основана на нагреве металла пучком ускоренных электронов. Луч направляют в зону шва, энергия пучка переходит в тепло при торможении электронов в металле. Такой процесс обычно ведут в вакууме, чтобы пучок не рассеивался. Температурная концентрация очень высокая, что позволяет сваривать тугоплавкие и ответственные сплавы с большой глубиной проплавления и без значительных дефектов.
Электронно-лучевая сварка используется в турбостроении, ракетной технике, при работе с жаропрочными сплавами, титаном, высоколегированными сталями. Это высокоточная технология, дорогое оборудование, строгие требования к чистоте поверхности и геометрии стыка.
Твердофазная сварка
Не все виды сварки основаны на полном расплавлении металла. Существуют процессы, где соединение формируется за счёт пластической деформации и диффузии без перехода в жидкую фазу. Это так называемая твердофазная сварка.
К твердофазным методам относятся:
-
Сварка трением. Детали прижимаются друг к другу и совершают относительное вращательное или поступательное движение с давлением. Трение разогревает контактную поверхность до состояния высокой пластичности, после чего вращение останавливают и детали осаживают. Метод используют для валов, осей, труб, цветных металлов.
-
Диффузионная сварка. Кромки прижимают при повышенной температуре и выдерживают под давлением достаточно долго, чтобы атомы перешли через границу раздела и сформировали монолит. Метод применяют в вакууме или инертной атмосфере для жаропрочных сплавов, титана, композиционных материалов.
-
Взрывная сварка. Пластины соединяют за счёт импульса взрывчатого вещества, который придаёт им сверхвысокую скорость сближения. В месте контакта образуется металлическая «сварка» без полного расплава. Это используется для получения биметаллических листов, например сталь + алюминий.
Плюс твердофазных процессов в том, что структура основного металла сохраняется лучше, чем при дуговой сварке, тепловложение ниже, внутренние напряжения меньше. Минус в том, что оборудование и подготовка стыков часто сложнее.
