Какие металлы можно сваривать

Как варить металл и что же такое сварка? Это неразъемное соединение металлических деталей, которое образуется в результате их нагрева в месте стыковки до расплавленного состояния.
Расплавленный, а затем застывший материал называется сварным швом. Не все металлы поддаются свариванию. Отлично свариваются однородные материалы. Например, чугун с чугуном или медь с медью (причем, ручная дуговая сварка меди выполняется в защитном газе) . Хорошо варятся железо и хром, никель и медь. Это происходит потому, что эти металлы в жидком состоянии образуют хорошо смешивающиеся слои.

Сваривание трубы

Но если вы попытаетесь сварить медь со свинцом, то из этой затеи ничего не выйдет – эти металлы не смешиваются между собой. То же самое можно сказать о железе и магнии или алюминии и висмуте. При необходимости сварки таких пар в смесь добавляют металлы, которые способны раствориться с каждым компонентом пары. Иными словами, в наше время нет секретов, как сварить металлы.

Виды сваривания металла

• Сварка плавлением (электрическая дуговая сварка, электрошлаковая, электроконтактная, электронно-лучевая). При таком виде сварки расплавленные кромки деталей образуют общую сварочную ванну или, другими словами, общий объем расплава, из которого и образуется сварной шов. Источником нагрева места сварки металлов может быть электрическая дуга, плазма, горелка и т.д.

• Сварка давлением (сваривание взрывом, ультразвуком, холодная сварка). Соединение металлов в этом случае происходит за счет уменьшения расстояния между атомами металлов до такой величины, когда между ними начинают работать силы взаимного притяжения.

Наиболее распространена электро дуговая сварка металлов. На ее долю приходится 65% всех сварочных работ. Расплавление материалов при этом способе происходит под воздействием сварочной дуги. Она образуется между основным металлом, предназначенным для сваривания, и присадочным материалом – проволокой.

Способы дуговой сварки:

• полуавтоматическая. При полуавтоматической дуговой сварке механизирована подача сварочной проволоки в зону сваривания. Остальные операции (поддержание нужного размера дуги, придание шву требуемой формы, перемещение электрода по линии сварного шва и прекращение работ) выполняются человеком;

• автоматическая. Это слово говорит само за себя. Задача человека – тщательно подготовить детали к сварке, включить и выключить оборудование;

• ручная. Сущность ручной дуговой сварки заключается в выполнении всех операций вручную без применения каких-либо механизмов.

Виды дуговой сварки:

• сварка плавящимся электродом. Этот метод изобретен Славяновым: кромки изделия и присадка одновременно расплавляются под действием сварочной дуги. Образующийся при этом расплав (сварочная ванна) заполняет зазор между деталями, а после кристаллизации образует сварной шов. Для защиты расплава от окисления на присадку наносится покрытие, которое под действием высокой температуры превращается в шлак. Этот слой покрывает жидкий металл. Кроме защиты от кислорода, шлак выполняет еще одну функцию: в него переходят вредные примеси, содержащиеся в сварочной ванне;

• сварка неплавящимся электродом. Автор этого изобретения – Бернадос Н. Н. Чаще всего такой метод применяется при сварке меди, алюминия, наплавке твердых сплавов и сварке тонколистовой стали. Схема сварки неплавящемся электродом

Сварочная дуга

Сварочная дуга образуется следующим образом:

1. К электроду и основному металлу подводится электрический ток.
2. Сварщик прикасается присадкой к основному металлу, в результате чего возникает короткое замыкание в сварочной цепи. Поскольку электрод имеет неровную поверхность, контакт происходит в нескольких точках одновременно.
3. В зонах контакта металла и электрода возникает ток высокой плотности. Он расплавляет присадочный материал, появляется тонкая пленка жидкого металла.
4. При отведении присадки из жидкого расплава вытягивается шейка. В ней плотность тока, а, следовательно, и температура металла еще больше возрастают
5. Металл испаряется, шейка рвется, в ионизированном облаке паров и газов загорается сварочная дуга.

Возникновение сварочной дуги

Напряжение сварочной дуги зависит от ее длины: чем короче дуга, тем ниже напряжение. Если используется металлический электрод, то для устойчивого горения дуги требуется напряжение 18-28 В. Для угольного электрода напряжение должно быть от 30 до 35 В.

Сварочная дуга, которая горит равномерно, без обрывов и не требует повторного зажигания, называется устойчивой.

Устойчивость дуги зависит от:

1. рода электрического тока (постоянный или переменный);
2. состава покрытия присадочного материала;
3. полярности. При постоянном токе полярность может быть прямой и обратной.

• прямая полярность – минус источника тока подается на электрод;
• обратная полярность – минус подсоединяется к изделию.

Влияние полярности тока на температуру

4. длины дуги. Это величина, равная расстоянию от торца электрода до поверхности ванны сварочной. Для стального электрода эта величина не превышает 2-4 мм (короткая дуга). Это оптимальная величина, которая обеспечивает устойчивость горения и хорошее качество сварного соединения.

Длина, равная 4-6 мм считается нормальной, а более 6 мм – длинной. Длинная дуга – плохой вариант: она неустойчива, плавление металла проходит неравномерно, капли расплава, стекающие с электрода, окисляются и насыщаются азотом. Шов получается пористым, неровным. Появляются непроваренные участки.

Как правильно варить дуговой сваркой

1. Подготовительные работы

• правка деталей, предназначенных для сварки. Править металл можно как вручную, на правильных плитах, так и на различных листоправильных вальцах. Сильно деформированный металл иногда требует правки в горячем состоянии.
• разметка. Лист размечают согласно чертежу (или эскизу) с помощью измерительных инструментов и шаблонов. Размечая деталь, следует иметь в виду, что в процессе сваривния детали укорачиваются. Поэтому надо на каждый поперечный стык оставлять припуск в 1 мм, а на каждый погонный метр продольного шва – 0,1-0,2 мм;
• резка;

2. Очистка

Этой операции подвергаются основной материал и присадочный. На них не должно быть окалины, ржавчины, масел и других загрязнений: даже незначительное количество загрязнений приведет к дефектам сварного шва, снижению его прочности, а следовательно и надежности готового изделия. Особенно тщательно следует очистить кромки и прилегающих к ним зон шириной 25-30 мм;

3. Подготовка кромок

Форма кромок зависит от толщины листа. Они должны быть притуплены одинаковым радиусом, а зазор между ними должен быть одинаковым по всей длине будущего сварного шва;

5. Сборка

На эту операцию приходится до 30% общей трудоемкости. Для удобства используются различные шаблоны и инструменты, и сварочные приспособления. Сборку надо производить в той последовательности, чтобы предыдущая операция не мешала выполнению последующей.

Уроки дуговой сварки.

• Возбуждение сварочной дуги. Зажечь дугу можно двумя способами:

1. чиркнув электродом по основному металлу, как спичкой;
2. прикоснувшись к изделию концом электрода.

В обоих случаях электрод надо быстро отвести в сторону на расстояние 2-4 мм.

Дуга загорелась. Чтобы постоянно поддерживать ее постоянную длину, надо по мере расплавления электрода постепенно опускать его. Длину дуги надо держать как можно короче, иначе она потеряет устойчивость со всеми вытекающими последствиями.

• Если в процессе сварки дуга все-таки оборвалась, то ее зажигают, продвинув электрод вперед от точки обрыва, а затем возвращаются, заваривают кратер и продолжают шов.

• Как правильно держать электрод для того чтобы качественно варить металл? Обычно электрод должен быть расположен вертикально или наклонно по отношению ко шву, углом вперед или назад. При расположении электрода углом назад получается глубоко проваренный неширокий, аккуратный шов. Такое положение предпочтительно при сварном соединении в тавр, угол или внахлест. Опытные сварщики так же выполняют и стыковые соединения.

Планируете варить алюминиевую конструкцию аргонодуговой сваркой? Как это делается, подробно описано в нашей статье.

Выбор режима ручной дуговой сварки

От правильно выбранных режимов зависит стабильность сварочного процесса и качество сварки. Различают основные и дополнительные параметры.

Основные параметры:

• Свойства сварочного тока (величина, полярность и род);
• Диаметр электрода;
• Напряжение дуги;
• Скорость сварочного процесса;
• Величина поперечных колебаний торца электрода.

Дополнительные параметры:

• величина вылета электрода;
• состав и толщина покрытия электрода;
• положение электрода в пространстве;
• начальная температура основного материала;
• положение изделия в процессе сварки.

Рассмотрим подробнее основные параметры

1. Выбор сварочного тока

Параметр зависит от диаметра электрода, его покрытия, пространственного положения шва. От величины тока зависит глубина провара и производительность сварки. Если сила тока будет недостаточной, то количество тепла, поступающего в ванну, будет маленьким, в результате чего появятся непровары, ухудшающие качество соединения деталей.

Дуговая электросварка слишком большим током тоже может приводить к непровару, так как быстро плавящийся электрод может попадать на еще нерасплавленный основной металл. Рекомендуемый ток указывается на электродных упаковках.
Кроме того, следует учитывать следующее:

• при использовании тока обратной полярности глубина провара больше почти на 50%, чем при прямой полярности. Поэтому при сварке тонколистовых и легированных материалов следует применять ток обратной полярности во избежание пережогов и перегревов;
• при сварке переменным током глубина провара будет меньше на 15-20%, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

Выбор сварочного тока и диаметра электрода

2. Выбор диаметра электрода

Диаметр электрода зависит от толщины кромок свариваемого материала и разделки кромок. Если кромки не разделаны, то диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Так, например, при толщине металла 20 мм испльзуют электроды диаметром 12 мм.

Если же кромка разделана, то независимо от марки металла корневой шов выполняется электродом в 2- 3 мм. Последующие слои накладываются диаметром 4 мм. Правда, если толщина основного металла превышает 12 мм, допускается последующие слои выполнять пятимиллиметровым электродом.

Выбор корневого электрода зависит от типа соединения. Но главный принцип выбора – чем ответственнее шов, тем меньший диаметр электрода применяется.

3.Скорость сварки должна быть оптимальной

Чем выше скорость, тем уже шов. Но при слишком высокой скорости могут быть несплавления основного металла с металлом шва.

4.Величина колебаний

Величина поперечных колебаний электрода должна находиться в пределах 2,5-3 диаметра электрода – это оптимальный вариант для получения качественного сварного шва.

Это статья из серии экспресс-уроков Свар-EXPRESS.
Темы урока: какой диаметр электрода нужен под конкретную толщину металла; какой сварочный ток выставлять для каждого случая; что такое полярность сварки.

Инженер-сварщик Евгений Евсин

Выбор сварочного электрода, для начинающего сварщика может стать проблемой. Например, какой диаметр электрода нужен под конкретную толщину металла, или какой сварочный ток выставить для получения прочного шва?
Постараемся ответить на эти вопросы.
Для начала разберёмся, что такое электрод и для чего нужна обмазка.

Электрод представляет собой металлический сердечник с особым покрытием, которое называется обмазкой. В процессе сварки сердечник плавится, а обмазка при сгорании создаёт газовую защиту шва от вредного воздействия кислорода. Так же в процессе сварки формируется защитный шлаковый слой сварочной ванны.

Выбирая электрод следует обратить внимание на состав сердечника, который должен быть схож со свариваемым металлом. Так существуют специальные электроды для углеродистых, легированных, высоколегированных сталей, электроды для работы с нержавейкой, жаростойкими сталями, для работы с алюминием или чугуном.

Существует огромное множество металлов и их сплавов, рассказывать о каждом мы не будем, а сосредоточимся на тех электродах, которые могут понадобиться в быту. В основном для домашних нужд используется конструкционная сталь небольшой толщины. Вот для неё мы и попробуем подобрать электроды. Но прежде несколько слов об обмазке электродов. Различают 4 типа покрытий: основной, рутиловый, кислый и целлюлозный. Каждый из них применяется для решения своих задач.

Основное и целлюлозное покрытия используются для сварки исключительно на постоянном токе. Данные электроды можно использовать при монтаже ответственных конструкций, где требуется максимальная прочность наплавленного металла.

Рутиловые электроды подойдут для работы на постоянном или переменном токе. Они отличаются лёгким поджигом и малым разбрызгиванием металла. Электроды могут работать с аппаратами обладающими низким значением напряжения холостого хода.

При использовании электродов с кислым покрытием – можно добиться лёгкого отделения шлака, однако пользоваться подобными электродами в замкнутом пространстве не рекомендуется – они достаточно вредны для здоровья сварщика.
Ещё один момент – электроды с рутиловым и кислым покрытием рекомендуется использовать при сварке аппаратами с напряжением холостого хода 50 (+/- 5) вольт.

Наиболее широко распространены электроды с основным и рутиловым покрытием. Для новичка знакомства с ними будет вполне достаточно.

Самыми распространёнными электродами с основным покрытием являются УОНИ 13/55. Данные электроды предназначены для углеродистых и низколегированных сталей. Как сказано в описании данных электродов, они рекомендуются для сварки ответственных конструкций, швы, сваренные с помощью УОНИ 13/55 отличаются пластичностью и стойкостью к ударным нагрузкам. Изделия, сваренные УОНИ 13/55 могут эксплуатироваться в условиях низких температур.

К недостаткам данных электродов стоит отнести требовательность к чистоте кромок заготовок. Если кромки заготовок перед сваркой не обработать и на них попадёт масло, вода, или ржавчина, велика вероятность появления сварочных пор.

УОНИ 13/55 – предназначены для сварки только постоянным током на обратной полярности – о которой мы расскажем чуть позже.

Самым распространённым представителем рутиловых электродов можно назвать электроды марки МР-3. Они предназначены для работы с углеродистыми и низколегированными сталями.

К сильным сторонам данных электродов стоит отнести возможность сварки как на постоянном, так и переменном токах, малое разбрызгивание металла, стабильность дуги во всех пространственных положениях.

Кроме двух самых распространённых марок электродов для работ с конструкционной сталью, новичкам можно рекомендовать электроды российского производства ОЗС-12 и АНО-4. А для сварки нержавейки электроды зарубежных производителей ОК 63.34, ОК 61.30 или отечественные электроды ЦЛ-11. Подобные электроды, так же могут понадобиться домашнему мастеру.

Большая часть инверторов для ручной дуговой сварки работает с постоянным током. На постоянном токе существует 2 варианта подключения полярности: прямая и обратная.

Прямая полярность – вариант подключения при котором к быстросъёму «+» инвертора подключается масса, держак подключается к «-». Обратная полярность – масса подключается к «-»; «+» к держателю электрода.

При сварке на плюсовом контакте выделяется больше тепла, а значит на обратной полярности лучше сваривать массивные детали, а на прямой тонкий металл (до 2 мм) или высоколегированную сталь, чтобы избежать их перегрева.

Диаметр электрода подбирают, ориентируясь на толщину металла заготовок. Для сварки металлов толщиной до 1.5 мм сварка электродами применяется крайне редко, для таких толщин лучше использовать полуавтоматы или аргонодуговую сварку.

Примерное соотношение толщины заготовок и диаметров электродов вы можете узнать из таблицы:

Следующий важный момент – какой ток необходимо выставить для электрода конкретного диаметра. Данную информацию можно узнать на упаковке электродов, или посмотрев следующую таблицу:

Так же начинающему сварщику, будет полезно знать, что сварочный ток можно подобрать из расчёта 20-30А на один миллиметр диаметра электрода. Т.е. для электрода диаметром 3мм, ток должен быть в приделах 80-110А, в зависимости от пространственного положения, толщины металла и количества проходов.

Точных и однозначных настроек тока не существует – каждый сварщик видит процесс по-своему, и в зависимости от собственных ощущений выставляет необходимые параметры тока.

Чем выше сварщик выставляет параметры тока, тем более жидкой и менее «управляемой» получается ванна. Задача сварщика – настроить аппарат таким образом, чтобы работа была комфортной, а сварочная ванна достаточной для провара и управления краями ванны.

Перейти в каталог:

Смотрите данную статью в видео-ролике:

Сварка разнородных металлов

Получение высококачественной сварной конструкции – это сварка идентичных, или же хотя бы похожих по строению металлов. Однако, существует множество случаев, когда сварные конструкции производятся из металлов различных составов и свойств. Причина для того – износ, высокие температуры или другие условия, где от разных частей сварной конструкции требуются разные свойства.

Это создаёт необходимость производства сварных конструкций из разнородных металлов. Такая необходимость возникает в самых разных сферах производства всё чаще. Данная статья написана, чтобы предоставить информацию по успешному составлению комбинаций между некоторыми из более доступных видов металлов.

В случае качественной сварки металлов разнородных видов прочность полученной конструкции примерно совпадает с показателем прочности одного из двух соединяемых металлов, а именно того, чей показатель более низкий. Таким образом, эта система обладает таким пределом прочности и ковкостью, при которых сварочный шов, соединяющий конструкцию, не сможет разойтись. Соединения могут быть произведены между многими видами металлов с помощью разных способов сварки.
Проблема сварки подобных металлов связана с тем, что для таких процессов вначале нужно изучить фазовую диаграмму интерметаллического соединения. Если между выбранными металлами возможна свариваемость, то это объединение будет успешно произведено. В противном случае этого сделать не удастся.

Соединения между металлами необходимо изучить на предмет подверженности коррозии и деформируемости. Микроструктура такого соединения очень важна. Иногда приходится использовать третий металл, чтобы успешно произвести сварку.
Ещё один фактор, который определяет время службы любого соединения двух металлов – коэффициент теплового расширения. Если коэффициенты двух металлов сильно различаются, то оно может вскоре разрушиться.

Помимо прочего, стоит обратить внимание на различие температур плавления металлов. Она также крайне важна, поскольку из-за этой разницы один из металлов будет расплавлен задолго до другого при едином для обоих элементов температурном воздействии. Когда металлы с разными температурами плавления и коэффициентами теплового расширения нужно объединить, то сварочный процесс с высокой тепловой мощностью поможет произвести соединение быстрее, что, несомненно, является преимуществом.

Расстояние на электрохимической шкале показывает устойчивость металлов к коррозии в интерметаллической зоне. Если они расположены далеко, то коррозия станет серьёзной проблемой.

Использование промежуточного металла

В некоторых случаях, как и упоминалось прежде, можно создать сварочную конструкцию из двух металлов, только использовав нечто в качестве переходного материала. Например, при сварке меди со сталью. Такие элементы невозможно сварить напрямую, но, например, никель можно сварить с каждым из них. Таким образом, с помощью промежуточного металла данное объединение будет произведено.

Ещё объединить разнородные металлы можно использовав композитную вставку между ними. Эта вставка состоит из другого промежуточного объединения между разнородными металлами, совершенного с помощью сварочного процесса, который не требует нагревания.

Процессы сварки для композитных вставок

Далее следует краткое описание сварочных процессов, которые могут использоваться для создания композитных вставок:

• Cварка взрывом
• Холодная сварка
• Ультразвуковая сварка
• Сварка трением
• Сварка сопротивлением высокочастотным током
• Диффузионная сварка
• Перкуссионная сварка
• Лазерная сварка
• Дуговая сварка

Сваривание алюминия с различными металлами

Металлы обладают широким диапазоном температур плавления. У алюминия она составляет примерно 650 градусов Цельсия, у железа – примерно 1538 градусов. Поэтому при плавке алюминий расплавится задолго до стали.
Фазовая диаграмма сварки алюминия с железом показывает, что сплавы железа с алюминием с долей железа более чем 12 % почти не имеют ковкости. Также, у алюминия и железа большая разница между коэффициентом теплового расширения, теплопроводимостью и теплоёмкостью. Это может стать причиной термических напряжений.
Самый действенный способ – использовать алюминиево-стальные (биметаллические) переходные вставки для сваривания сплавов алюминия со сталью при помощи электродуговой сварки.

Еще один способ – покрыть железо металлом, совместимым с алюминием. Успех в этом случае зависит от того, чем покрывается железо, а также толщины слоя и прочности соединения железа и этого металла. Покрыв цинком железо, можно сварить его с алюминием при помощи дуговой сварки. Для сварки алюминия с нержавеющей сталью можно использовать переходные вставки. Также можно использовать вышеупомянутый метод покрытия.
Сваривание алюминия с медью может быть осуществлено с помощью переходной вставки.

Сваривание меди с различными металлами

Медь и её сплавы можно сварить со сплавами железа и с нержавеющей сталью. Для более тонких частей сварочной конструкции можно использовать аргонодуговую сварку с содержащим сплав меди присадочным прутком. Импульсный режим позволяет сделать получение качественного сплава более простой задачей. Дуга должна быть направлена на медную часть конструкции. Для более широких частей конструкции стоит сперва покрыть сталь вышеупомянутым присадочным материалом. Медь следует предварительно нагреть.
Ещё один метод – наплавить медь никельсодержащим электродом. Рекомендуется сделать два слоя. В этом случае её вначале нужно разогреть примерно до 540 градусов Цельсия.
Медь также можно сварить с нержавейкой, а латунь – со сплавами железа.

Сваривание никелевых сплавов с железом.

Никелевые сплавы, такие как монель и инконель могут быть сварены с низколегированной сталью с помощью любого из процессов дуговой сварки с использованием материалов-наполнителей. Таким же образом их можно сварить с нержавейкой, если использовать подходящий электрод.

В случае, если вам понадобится любое сварочное оборудование, материалы, а также квалифицированная консультация – специалисты компании Земля Сварщиков помогут найти ответ и/или наиболее эффектиное решение поставленной задачи.