Основные типы сварки металлов

Существует три основных типа сварки металлов: механический, термомеханический, электродуговой. Выбор конкретного типа зависит от нескольких факторов: материал свариваемых деталей, их толщина, условия эксплуатации готовой продукции и требования к прочности соединения.

Механическая сварка

При механической сварке соединение металлов достигается за счет приложения давления, ультразвуковых колебаний или трения без использования тепла. Этот тип экономичный, но требуется тщательная подготовка кромок и поверхности металла.

Различают следующие виды механической сварки:

1. Ультразвуковой. Метод, основанный на использовании ультразвуковых колебаний. Используется в шовной, контурной и точечной сварке, при этом задействуются изгибные и продольные механические колебания. Подходит для сваривания тонких деталей из алюминия, меди, никеля, серебра, золота.
   Непрерывно генерируемый ультразвук частотой от 18 до 180 кГц и мощностью от 0,01 до 10 кВт воздействует на свариваемые поверхности, создавая механическое тепловое воздействие. Поверхностные пленки (оксидные слои, адсорбированные газы) разрушаются и появляется сухое трение между частицами на свариваемых поверхностях, которое сменяется чистым трением. Это способствует образованию узлов схватывания у обеих свариваемых поверхностей.
   
2. Холодный. Два куска металла можно соединить без нагревания или других источников энергии. Этот способ работает на основе атомной диффузии, благодаря которой атомы обеих поверхностей взаимодействуют и сцепляются. Холодная сварка особенно полезна, когда нагрев может повредить материалы или привести к их деформации.
   Подходит для соединения тонких листов металла из алюминия, меди, латуни, золота. Используется в производстве кардиостимуляторов и имплантов, для соединения проводников в электронике без изменения их электрических свойств.
   Для выполнения требуется минимальное количество оборудования: инструменты для выравнивания поверхностей и приложения давления (прессы или специальные зажимы). Также могут потребоваться растворители для очистки поверхностей от окислов и загрязнений.
   
3. Трением. Метод, при котором нагрев осуществляется за счет трения, возникающего при перемещении одной из соединяемых частей свариваемого изделия. При достижении определенной температуры металлы размягчаются, под действием приложенной силы сжимаются и деформируются. После прекращения трения, достижения нужного состояния плавления и деформации движение останавливается, и давление удерживается до образования прочного соединения.
   
   Подходит для сварки разных металлов: алюминиевые, никелевые, титановые, медные. Применяется в различных отраслях промышленности:
   • Автомобилестроение – для изготовления компонентов трансмиссии, осей, валов, поршней или других деталей.
   • Машиностроение – для производства валов, шестерней, подшипников, где важна точность соединений и их высокая прочность.
   • Энергетика и трубопроводные системы – применяется для соединения труб разного диаметра и арматуры.
   • Производство инструментов или оборудования – изготавливаются режущие и формовочные инструменты, а также высокоточные компоненты для станков.

Термомеханический метод сварки

Объединяет термическое воздействие (нагрев) и механическое (прессование, давление, прижимание) для создания прочных соединений. Ток нагревает металл в точке контакта до пластичного состояния, но не до полного плавления.

Различают следующие методы термомеханической сварки:

1. Диффузионный. Метод основан на процессе взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях соединяемых металлических заготовок. Этот процесс происходит под воздействием давления в диапазоне от 1 до 25 МПа и при температуре, составляющей примерно 50–70% от температуры плавления свариваемых металлов.
   При диффузионном методе не нужно использовать сварочные электроды. Подходит для соединения бронзы, стали, тугоплавких металлов. Используется для создания датчиков, турбинных компрессоров и гильз моторных цилиндров, которым требуется устойчивость к экстремальным температурам.
   
2. Контактный. Тепло для сварки генерируется прямо внутри соединяемых деталей под воздействием электрического тока. В результате металл плавится только в зоне сварного соединения, а соседние участки становятся более податливыми, что обеспечивает прочное соединение за счет сжатия.
   
   Метод подходит для работы с алюминием, медью, углеродной нержавеющей и легированной сталью. Виды контактной сварки:
   • Рельефная – используется для соединения мелких деталей, свариваемые заготовки соединяются в одном или нескольких местах.
   • Стыковая – детали соединяются по всей площади их соприкосновения.
   • Шовная – используется для создания непрерывного шва вдоль соединяемых деталей тонколистового металла.
   • Точечная – детали укладываются внахлест, подходит для соединения материалов толщиной от 0,8 до 16 мм.
   Для этого способа нужен специальный аппарат для сварки, который обеспечивает высокую силу тока (1000–1500 А) при напряжении не более 30 В. Это позволяет быстро нагревать металл, обеспечивая его расплавление и последующее соединение под давлением.

Электрическая дуговая сварка

Этот тип основан на использовании электрической дуги для нагрева и плавления металлов. Расплавленный металл заполняет зазор между соединяемыми деталями, остывает и затвердевает, образуя прочное соединение.

Выделить три вида электродуговой сварки:

1. Полуавтоматом (MIG / MAG). Дуговая сварка, которая проводится в активной (MAG) и инертной (MIG) газовой среде. В первом случае применяется углекислый газ или смесь углекислого газа и аргона. MAG-сварка используется для сварки черных сталей.
   Для MIG используется аргон или гелий, которые не вступают в химические реакции с расплавленным металлом. Применяется для сварки цветных металлов и нержавеющих сталей.
   В качестве присадочного материала используется проволока сварочная. В некоторых случаях газ может быть заменен флюсовой проволокой.
   
2. Аргоновая (TIG). Применяется для создания тонкостенных заготовок из меди, алюминия, титана, нержавеющей стали. Для выполнения работ требуется сварочный аппарат, горелка, баллон с аргоном, редуктор для регулирования давления газа, вольфрамовые электроды и присадочные прутки.
   В процессе сварки используется неплавящийся вольфрамовый электрод, который создает дугу и поддерживает высокую температуру, необходимую для плавления металла. В зону сварки вручную подается присадочный стержень, который плавится вместе с металлом соединяемых деталей под действием электрической дуги. Через керамическое сопло горелки непрерывно поступает инертный газ аргон, чтобы предотвратить контакт расплавленного металла с воздухом.
   
3. Ручная дуговая (MMA). В процессе сварки используется покрытые мэз электроды, которые одновременно является источником тепла и присадочным материалом. Когда дуга зажигается, электрический ток проходит через электрод и создает дугу между его кончиком и свариваемой деталью.
   Под воздействием высокой температуры дуги (до 5000°C) основной металл и электрод плавятся, формируя сварочную ванну. Покрытие электрода выделяет газ, который защищает сварочную ванну от взаимодействия с атмосферным воздухом, предотвращая окисление металла.
   MMA-сварка применяется для сварки металлоконструкций, трубопроводов, опор. Эффективна при ветреной или дождливой погоде, так как образуемый газ защищает сварочную ванну.