Сварка — процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.
Неразъемное соединение, выполненное с помощью сварки, называют сварным соединением. Чаще всего с помощью сварки соединяют детали из металлов. Однако сварку применяют и для неметаллов — пластмасс, керамики или их сочетания.
При сварке используются различные источники энергии: электрическая дуга, электрический ток, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время проводить сварку не только в условиях промышленных предприятий, но в полевых и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и т. п.), под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжен с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла.
Сварка осуществима при следующих условиях:
1) применении очень больших удельных давлений сжатия деталей, без нагрева;
2) нагревании и одновременном сжатии деталей умеренным давлением;
3) нагревании металла в месте соединения до расплавления, без применения давления для сжатия.
В настоящее время различают более 150 видов и способов сварочных процессов. Существует классификация сварки металлов по основным физическим, техническим и технологическим признакам. (ГОСТ 19521-74)
Основным физическим признаком сварки является вид энергии, используемой для получения сварного соединения. По физическим признакам все виды сварки делятся на три класса:
Термический класс: виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии – газовая, дуговая, электронно-лучевая, лазерная и др.
Термомеханический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления – контактная, диффузионную, газо- и дугопрессовую, кузнечную и др.
Механический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии – холодная, трением, ультразвуковую, взрывом и др.
Виды сварки различаются по общим затратам энергии, используемому оборудованию, экономичности, экологичности и др.
К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса, степень его механизации.
Термический класс
Сварочная дуга
Электрическую дугу, используемую для сварки металлов, называют сварочной дугой. При сварке на постоянном токе электрод подсоединяют к положительному полюсу источника питания, называют анодом, а к отрицательному – катодом. Если сварка ведется на переменном токе, каждый из электродов является то анодом, то катодом.Промежуток между электродами называют дуговым промежутком. В обычных условиях газы не обладают электропроводностью. Прохождение электрического тока через газ возможно только при наличии в нем заряженных частиц – электронов и ионов.
Процесс образования заряженных частиц называют ионизацией, а сам газ ионизированным. Дуга горящая между электродом и объектом сварки, является дугой прямого действия. Такую дугу принято называть свободной дугой (в отличие от сжатой, поперечное сечение которой принудительно уменьшено за счет сопла горелки, потока газа, электромагнитного поля).Возбуждение дуги происходит следующим образом. При коротком замыкании электрода и детали в местах касания их поверхности разогреваются. При размыкании электродов с нагретой поверхности катода происходит испускание электронов – электронная эмиссия. Существует также бесконтактное зажигание дуги с помощью осциллятора. Сварочный осциллятор представляет собой искровой генератор дающий ток высокого напряжения (3000—6000 В) и частоты (150—250 кГц). Сварочный осциллятор пробивая расстояние между электродом и деталью ионизирует газ в котором загорается рабочая дуга. Такой ток не представляет большой опасности для сварщика.
По длине дугового промежутка дуга разделяется на три области: катодную, анодную и столб дуги. Катодная область включает в себя нагретую поверхность катода (катодное пятно). Температура катодного пятна на стальных электродах 2400-2700 оС. Анодная область состоит из анодного пятна. Оно имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на нем выделяется больше теплоты, чем на катоде. Столб дуги занимает наибольшую часть дугового промежутка между катодом и анодом. Основным процессом образования заряженных частиц здесь является ионизация газа. Этот процесс происходит в результате соударения заряженных и нейтральных частиц. В целом столб дуги не имеет заряда. Он нейтрален, так как в каждом его сечении одновременно находятся равные количества противоположных заряженных частиц. Температура столба дуги достигает 6000…8000 оС и более.
Особым видом сварочной дуги является сжатая дуга, столб которой сжат с помощью узкого сопла горелки или обдувающим потоком газа (аргона, азота и др.) Плазма это ионизированный газ дугового столба, состоящий из положительно и отрицательно заряженных частиц. Плазма генерируется в канале сопла горелки, обжимается и стабилизируется его водоохлаждаемыми стенками и холодным потоком плазмообразующего газа. Обжатие и охлаждение наружной поверхности столба дуги вызывает его концентрацию, что приводит к резкому увеличению числа соударений между частицами плазмы, увеличению степени ионизации и резкому повышению температуры столба дуги (10000…30000 К) и кинетический энергии плазменной струи. В результате плазма представляет собой источник теплоты с высокой концентрацией энергии. Это позволяет с успехом использовать ее для сварки, напыления и термической резки самых разнообразных материалов.
