Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей
Советы практиков

Сварочные технологии: на что направлены инновации

Наиболее распространенным и высокоэкономичным способом соединения материалов, прежде всего металлов, является сварка с получением надёжных и долговечных швов, которые нечувствительны к большим разницам температур, агрессивным средам и интенсивному излучению.

Она одна из ключевых технологий, созданных человеком, которая развивается и совершенствуется наравне с человечеством и обеспечивает прогресс уже многие годы. Сварка соединяет металлы и другие материалы в огромные конструкции или позволяет получить филигранные изделия из очень тонких материалов.

Этим и другими аналогичными способами обеспечивается получение более половины валового национального продукта в промышленно развитых странах.

Во всем мире сваркой занимается около 5 млн. человек, из них большая часть (70–80 %) реализует электродуговую сварку.

ИНФОРМАЦИЯ
Раньше преобладала ручная сварка, на смену которой во всё большей степени приходит современная аппаратура.

В ходе сварки происходит сплавление деталей под действием тепла или их соединение под действием повышенного давления. Также возможно совместное использование обоих факторов.

ВАЖНО!
Все виды сварок подразделяются на:
  1. Термическое воздействие с применением значительного количества тепловой энергии для расплавления места соединения;
  2. Обработку давлением;
  3. Сочетание внешнего давления и нагрева, характерного для дуговой сварки.

Существует достаточно много способов сварки. Их классификация представлена на рисунке.

Лазерная сварка

К новым направлениям в сварке относится использование технологий на основе лазерных лучей, получаемых с помощью диодных лазеров большой мощности. Главное её достоинство — это возможность сваривать металлические детали толщиной 200–300 мм за 1 проход.

Этот способ отличается высоким коэффициентом полезного действия. К новым разработкам в этом сегменте относится гибридная лазерная сварка, которая была создана для производства автомобилей, но нашла применение и в других отраслях промышленности.

СПРАВКА
Гибридная лазерная сварка обеспечивает получение высококачественных швов при обработке тугоплавких сталей, в том числе тонких листов стали, при очень большой скорости работы – 40–150 м/час – и мощности лазерного излучения 1,5–4,0 квт.

Этот способ объединяет в одном процессе дуговую и лазерную сварку, подчёркивая их достоинства и сводя к минимуму недостатки. При этом дуга действует поверхностно, создает шов, который заполняет зазоры, и вводит в расплавленный металл дополнительный материал. Таким образом, можно влиять на свойства и адгезию шва.

За счет лазерных лучей гарантируется глубина обработки, высокая скорость сварки и существенное уменьшение термической обработки до очень низкого уровня.

ВАЖНО!
Одновременно этот способ создает условия для полной автоматизации производственного процесса и сокращает затраты:
•    на расходные материалы в 2 раза,
•    на энергию – на 25 %,
•    на присную проволоку – на 40 %,
•    технологические газы – на 80 %.

Электрошлаковая сварка

В тяжёлом машиностроении при изготовлении крупногабаритных толстостенных изделий всё большее признание получает не требующая образования дуги электрошлаковая сварка. В этом случае соединение обеспечивает тепло, образующееся в среде расплавленного шлака и плавящее металл. Для этого электрод, помещённый в шлак, генерирует тепло. По своей сути это бездуговая вертикальная сварка, позволяющая проварить толстый слой материалов (свыше 200 мм). Образующийся при этом расплав металла, обладающий более высокой плотностью, оседает и заполняет зазор, а лёгкие шлаки остаются сверху вместе с пузырьками воздуха из расплава.

ВНИМАНИЕ!
Этот метод особенно целесообразен для сварки деталей из чугуна, сплавов стали и высоколегированных сталей. Он не применим для обработки деталей небольшой толщины, для получения разнонаправленных швов. Также есть ограничения по размерам деталей.

Сварка ультразвуком

Сварка ультразвуком наиболее эффективна при соединении маленьких и тонких деталей, которое невозможно осуществить другими способами или вручную, без деформации и растекания металла. При этом образуется прочное соединение.

Диффузионная сварка

Диффузионная сварка пока широко не применяется, но ей придаётся большое значение в технологии. В этом случае происходит взаимное проникновение свариваемых материалов. При этом задействованы три фактора: давление, нагрев и вакуум, которые обеспечивают процесс диффузии, причём за счет тепла он существенно ускоряется. Сварка происходит в вакуумной камере, которая защищает работника от всех негативных влияний этого процесса.

ВАЖНО!
В последние годы этот способ продемонстрировал свою эффективность при сварке сплавов титана, используемых в самолетостроении и космической промышленности, с получением деталей со сложной геометрической формой.

В результате возникает сварное соединение, отличающееся высоким качеством и длительным сроком службы. При этом не требуются электроды, проволока и газ.

Магнитно-импульсная сварка

Одним из перспективных направлений является магнитно-импульсная сварка с применением магнитных полей высокой интенсивности. Она представляет собой высокоинтенсивное силовое воздействие, применяемое прежде всего для соединения цилиндрических деталей со сборкой в «раструб» и развальцовкой конца наружной детали. В этом случае стыки свариваются за тысячные доли секунды.

ВАЖНО!
Область применения магнитно-импульсной сварки: легкие сплавы, например, алюминиево-магниевые в производстве самолетов и космической техники, низколегированная сталь, медно-титановые сплавы.

Двухдуговая под флюсом

К современным вариантам дуговой сварки относится двухдуговая под флюсом. В этом случае каждый электрод имеет собственный источник постоянного и/или переменного тока. Электроды располагаются на небольшом расстоянии друг от друга, а образуемые ими дуги находятся в одном пузыре. А сами электроды могут располагаться вертикально и/или наклонно, что даёт возможность увеличить толщину шва и скорость сварки и улучшить его механические свойства.

ВНИМАНИЕ!
Двухдуговая сварка предполагает наличие двух независимых блоков управления и двух независимых механизмов подачи сварочной проволоки. Производительность наплавки при этом достигает до 30 кг/час при заполнении глубоких швов.

Плазменная сварка

Несмотря на то, что плазменная сварка появилась относительно недавно, благодаря своим достоинствам и возможностям она уже привлекла к себе внимание в различных отраслях. Плазма (состояние газа) возникает под действием электрической дуги в специальном наконечнике (плазмотроне), внутри которого находится вольфрамовый электрод, сопло для плазмы и трубы для подачи газа и водяного охлаждения.

ВАЖНО!
Этот способ наиболее эффективен для обработки высокопрочных металлов толщиной до 9 мм. Он обеспечивает нагрев до 30000оС (при дуговой сварке – 5000–6000оС), что позволяет обрабатывать широкий ассортимент металлов:
•    бронзу,
•    титан,
•    нержавеющую и углеродистую сталь,
•    латунь,
•    чугун,
•    алюминий в приборостроении, машиностроении, производстве медицинского оборудования и многих других отраслях.

Существует 2 способа реализации плазменной сварки:

  1. Расплавление металла дугой, возникающей между деталью и неплавящимся электродом;
  2. Обработка струей плазмы, которая образуется между наконечником плазмотрона и неплавящимся электродом.

Импульсная сварка

Альтернатива электродуговой технологии — это импульсная сварка, главной особенностью которой является специальный режим включения и выключения дуги. Он программируется в зависимости от применяемых металлов, их толщины и расположения шва. При этом в зону подаются короткие сварочные импульсы от специального аккумулятора. Расходные материалы – плавящиеся и неплавящиеся электроды.

ВАЖНО
Применяемый в этом случае импульсный сварочный аппарат отличается универсальностью использования, в том числе в газовой среде, для деталей разной толщины и геометрической формы. В сочетании с программным обеспечением их работа становится особенно эффективной.

Сварка с применением порошковой проволоки

Ещё одним из направлений развития сварки, которое необходимо отметить, стало применение порошковой проволоки, тем более, что совсем недавно в России началось её производство на заводе «Межгосметиз-Мценск» в соответствии с программой импортозамещения.

Её применение позволяет повысить производительность сварки в 2–5 раз, избежать очистки от металлических брызг со сваренных деталей, которая требует больших затрат труда, и обеспечить очень высокое качество сварки. Она пригодна для автоматической и полуавтоматической сварки низколегированных и углеродистых сталей с получением различных видов соединений за 1 проход.

Сварочные аппараты

Современные сварочные аппараты отличаются небольшим весом, удобным транспортированием, располагают всей необходимой оснасткой, включая систему подачи электродов, цифровым управлением с дисплеем для указания параметров процесса.

На смену тяжёлым и громоздким устройствам для сварки пришли инверторные аппараты, вырабатывающие ток большой силы, поддерживающие сварочную дугу в рабочем состоянии. Их существенной особенностью является способность преобразовывать переменный ток с получением тех его параметров, которые необходимы для данного конкретного случая, и тем самым решать самые разные задачи.

СПРАВКА
Порошкообразная проволока представляет собой оболочку, внутри которой находится специальный наполнитель (сердечник), состоящий из ферросплавов, руд, минералов, металлов и других компонентов. Такой состав позволяет получать швы с определёнными характеристиками.
ВНИМАНИЕ!
Инверторы располагают мощными вентиляторами, защищающими их от перегрева и одновременно способствующими накоплению пыли. Поэтому их внутренняя поверхность нуждается в регулярной очистке.

К наиболее эффективным инверторам для ручной сварки относятся Eurolux IWM 190, Fubag IQ 200, Pecanta CAU 220, а для полуавтоматической сварки – Blue Weld Starning 210 Dual Synergic с микропроцессором, Aurora PRO Overman 200 (прежде всего для сети с нестабильным напряжением), Cbapor Pro MIG 200 Synergy, отличающийся универсальностью применения.

Автоматизация и роботизация

Автоматизация и роботизация сварочного процесса не только увеличивают производительность, надёжность и гарантируют качество работы, но делают её возможной в самых сложных условиях. Они повышают экономичность, улучшают условия труда при снижении негативного влияния на окружающую среду.

ВАЖНО!
Для обеспечения автоматизации и роботизации уже есть соответствующие источники питания, механизмы подачи проволоки, системы управления, горелки и много других устройств.
К ним относятся:
  • роботизированная система Aristo Mig,
  • робот для сварки трением с перемешиванием Rosio FSW,
  • высокоскоростная роботизированная система сварки Swift Arc Transfer.

Также существуют автоматизированные сварочные комплексы моделей АСК 2000.20 и АСК 2000.40, которые обеспечивают минимальное вмешательство человека в обслуживание этого оборудования. Внедрение этого оборудования требует повышения квалификации и компетенции обслуживающего персонала.

Источник: Журнал главного инженера, 2019, №10

Подписаться на рассылку