Плавка металла сварочным аппаратом

Обновлено: 06.01.2025

Так как для расплавления железа в домашних условиях требуется источник тепла с высокой температурой, конструкцию самодельной печи выбирают исходя из этого условия. Она должна соответствовать требованиям экологической безопасности, не занимать много места в мастерской или гараже. Этим требованиям в полной мере отвечают установки, в которых даже тугоплавкий металл плавится электрическим током.

Делаем печь для плавки металла

Если есть свободное место для размещения, делают стационарную печь на солярке или угле из шамотного кирпича. Для подачи воздуха потребуется установка вентилятор. Компактная электропечь создает температуру до 3000⁰C за счет протекания тока между двумя электродами через слой углеграфитового порошка. В ней ведется плавка небольших порций любых металлов. Недостатком считается длительный период нагрева до температуры плавления и необходимость ручного переворачивания металла для равномерного прогрева.

Индукционная печь нагревает металл по всему объему за счет наведения в нем вихревых токов магнитным полем катушки (индуктора), подключенной к генератору. К достоинствам относят:

• равномерное и быстрое нагревание металла;
• высокий КПД, так как нагревается только объект плавки, а не детали установки;
• нет испарения легирующих добавок:
• перемешивание металла, когда идет плавка, происходит естественным путем;
• регулирование температуры нагрева;
• за счет высокой производительности возможна плавка небольших порций расплавленного металла через короткие отрезки времени;
• плавка проводится в соответствии с требованиями экологической безопасности.

Из недостатков следует отметить:

• более низкую температуру шлака по сравнению с металлом, так как в нем не наводятся вихревые токи;
• при плавке возможны затруднения при удалении серных и фосфорных примесей из некоторых видов металла.

В зависимости от места расположения нагреваемого объекта индукционные установки бывают:

1. Канальными, когда емкости, где происходит плавка металла, сделаны в виде каналов, которые установлены вокруг катушки с внутренним сердечником. Применяются на промышленных предприятиях, когда нужна плавка больших объемов чугуна, стали, цветных металлов.
2. Тигельными со съемной емкостью из жаропрочного материала ― тигля, который помещается внутрь катушки. Такая конструкция получается компактной и удобной для домашнего применения.

Готовую индукционную печь можно купить или при наличии навыков работы с электроникой сделать своими руками.

Самодельная тигельная установка обойдется на порядок дешевле.

Генератор собирают по транзисторной или ламповой схеме, либо подключают индуктор к сварочному инвертору. При изготовлении самодельной установки следует учитывать, что на продолжительность переплавки металла влияют:

• мощность и частота генератора;
• величина потерь вихревых токов;
• помехи от близкорасположенных металлических предметов.

Индукционная печь из сварочного инвертора

Такой вариант прост для самостоятельного изготовления и безопасен при эксплуатации, так как инверторы оснащены защитой от короткого замыкания, перегрузки, перегрева. Для сборки печи достаточно сделать индукционную катушку. Ее наматывают медной трубкой с тонкими стенками диаметром 8 — 10 мм на цилиндрическом шаблоне с шагом 5 — 8 мм. Число витков, от 7 до 12, выбирают в зависимости от параметров инвертора. Следует учитывать, что при низком сопротивлении индуктора плавка будет часто прерываться из-за срабатывания защиты от перегрузки.

Готовую катушку устанавливают на жаростойкую поверхность или помещают в корпус из графита либо текстолита. Если использовать токопроводящий материал, плавка будет выполняться дольше, так как часть энергии магнитного поля будет тратиться на проход вихревых токов через стенки корпуса. Для подключения сварочного инвертора устанавливают розетку, выдерживающую максимальный ток, потребляемый оборудованием.

Важно!

Корпус инвертора должен быть заземлен.

Индукционная печь на транзисторах

Несложную по схеме печь для плавки металла на транзисторах можно собрать из доступных деталей:

• двух полевых транзисторов IRFZ44V;
• пары диодов UF4007 (допускается замена на UF4001);
• двух резисторов номиналом 470 ОМ, 1 Вт;
• нескольких пленочных конденсаторов с рабочим напряжением 250 В, чтобы суммарная емкость была 4,7 мкФ;
• медного провода с эмалевой изоляцией диаметром 1,2 и 2 мм;
• двух ферритовых колец для дросселей (покупают в магазине радиотоваров или снимают со старых компьютерных блоков питания).

Сборку проводят в следующем порядке:

1. Поскольку транзисторы, когда идет плавка, будут сильно греться, их устанавливают на радиаторах. Чем больше площадь охлаждения, тем лучше. При размещении на общем радиаторе транзисторы изолируют от поверхности пластиковыми прокладками с высокой теплопроводностью.
2. Дроссели наматывают проводом 1,2 мм на ферритовых кольцах. 7 — 15 витков равномерно укладывают по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга.
3. Пленочные конденсаторы спаивают параллельно в батарею;
4. Индукционную катушку наматывают проводом 2 мм на шаблоне диаметром немного больше чем у тигля. После 7 — 8 витков оставляют концы для подключения к генератору.
5. Подготовленные детали устанавливают на плату и соединяют между собой как показано на схеме:

Напряжение подают с 12-тивольтового аккумулятора емкостью 7,2 А/час. При нагрузке 10 А в рабочем режиме заряда хватит на 30 — 40 минут плавки. Аккумулятор можно заменить источником питания, подключаемого к электросети, с выходным напряжением 10 — 20 В и током не меньше 10 А. При желании для установки делают корпус из термостойкого диэлектрического материала. Для регулирования мощности меняют количество витков катушки и/или ее диаметр. Но проще сделать несколько сменных индукторов с разными параметрами.

Индукционная печь на лампах

Когда требуется плавка большего объема металла, для увеличения мощности индукционной установки собирают ламповый генератор по схеме на рисунке.

На индуктор L подается ток частотой 27,72 МГц. Выходную мощность генератора регулируют переменным конденсатором за счет изменения частоты. Для сборки печи нужно запастись:

• четырьмя электронными лампами (тетродами) 6L6 или заменить на 6П3, Г807;
• четырьмя дросселями Др с индуктивностью 100 — 1000 мкГн;
• четырьмя конденсаторами емкостью 0,001 мкФ;
• неоновой лампочкой для сигнализации о готовности печи к работе;
• переменным конденсатором емкостью 25 — 150 пФ;
• медной трубкой диаметром 10 мм.

1. Из медной трубки делают спираль диаметром 80 — 150 мм из 15 витков с шагом 5 мм. Тигель, в котором будет собираться расплавленный металл, должен свободно входить внутрь индукционной катушки.
2. Делают корпус для размещения установки из не электропроводного материала, способного выдерживать высокую температуру нагретого воздуха или из листового металла. Но тогда необходимо обеспечить надежную тепловую и электрическую изоляцию стенок от деталей.
3. Из ламп, конденсаторов, дросселей собирают 4 каскада, соединенных параллельно.
4. Неоновую лампочку и переменный конденсатор устанавливают на переднюю стенку корпуса и подключают к схеме.

Охлаждение

При работе на большом токе, например, при плавке стали в домашних условиях, активные элементы индукционной печи могут перегреться и выйти из строя. На заводских моделях для защиты от перегрева установлены охлаждающие системы с принудительной циркуляцией воды или антифриза. Можно, конечно, сделать такую систему и в домашних условиях, но придется потратиться больше, чем стоит печь.

Так как плавка на дому непродолжительна по времени для охлаждения самодельной установки достаточно обычного вентилятора. Но ставить его нужно на некотором удалении. Иначе КПД печи снизится, так как часть мощности будет тратиться на вихревые токи через обмотку электродвигателя и металлические детали вентилятора.

Чтобы повысить эффективность охлаждения деталей схемы, на стенках корпуса просверливают вентиляционные отверстия.

Как плавить металл в домашних условиях

Металл помещают в чашку или тигель и переносят в печь. Сначала происходит плавка крупных кусков, затем добавляют маленькие. Мелкими стружками и опилками заполняют сразу всю емкость. Для получения отливок без вредных примесей и уменьшения потерь нужно знать, в чем плавить металл разных видов. Драгметаллы кладут в стеклянные ампулы от лекарственных растворов и плавят вместе с ними. Стеклянная корочка, которая образуется на поверхности отливок, растрескивается и осыпается после охлаждения водой. Цветные металлы плавят в железных емкостях, а сталь, чугун, железо в графитовых тиглях.

Чтобы получить сплав, сначала расплавляют компонент с самой высокой температурой плавления (медь), затем добавляют нужное количество легкоплавкого (олово, алюминий). Для улучшения характеристик стали плавку выполняют с флюсом, содержащим легирующие добавки. Для удаления пустот и неоднородностей после плавки железа в домашних условиях отлитые заготовки необходимо проковать. Их неторопливо расклепывают ударами небольшого молотка. Обработку выполняют несколько раз, чередуя нагрев до красного каления с охлаждением холодной водой.

Запрещена плавка дома магния, кадмия, цинка и его сплавов (цинковой латуни, мельхиора). Плавка контактов реле, пускателей, радиоэлектронных деталей может окончиться тяжелым отравлением. Содержание кадмия в них доходит до 50%, процесс выгорания которого сопровождается образованием ядовитого газа желтого цвета.

Меры безопасности

Приступая к эксплуатации самодельной печи, следует учитывать угрозы, которые возникают при плавке:

1. Брызги расплавленного металла и нагретые части установки часто становятся причиной сильного ожога.
2. На случай возгорания рядом с рабочим местом должно стоять ведро с холодной водой.
3. Ламповую схему необходимо помещать в корпус, чтобы исключить возможность случайного прикосновения к деталям, на которые подано высокое напряжение.
4. Зона действия электромагнитного поля не ограничена размерами корпуса. Поэтому, прежде чем начнется плавка, нужно снять все украшения из металла и подальше убрать электронные приборы. При нахождении рядом с печью мобильный телефон, цифровая камера, MP3 плеер могут выйти из строя. Людям с вживленным кардиостимулятором не рекомендуется находиться рядом с индукционной установкой, когда ведется плавка.

В домашней печи выполняется не только плавка, но также нагрев деталей перед лужением, формовкой, закалкой. Несмотря на простоту рассмотренных схем, самодельные индукционные установки по основным характеристикам не уступают заводским моделям бытового назначения. При необходимости их несложно настроить для решения конкретной задачи путем изменения параметров индукционной катушки и выходного сигнала генератора.

Сварка плавлением

За счет простоты выполнения и надежности наибольшее распространение сварка плавлением получила в строительстве для монтажа металлоконструкций. В промышленности этим способом соединяют детали производимой продукции ― от бытовых приборов до космической техники. В домашних условиях сварку используют для ремонта и сборки несложных металлических конструкций.

Сущность процесса сварки плавлением

Сварка плавлением ― это способ соединения заготовок методом расплавления соприкасающихся поверхностей без сжатия. Источник энергии должен обеспечивать мощность, достаточную для плавления кромок деталей и присадочного материала. Для образования сварочной ванны, которая представляет собой смесь жидких металлов, пламя концентрируют на небольшом участке стыка. При перемещении места приложения тепловой энергии вдоль линии соединения после остывания создается сварочный шов по всей длине.

Вместе с металлом плавятся загрязнения, поэтому на поверхности ванны образуется шлак. Верхние слои нагреваются выше температуры плавления, что приводит к изменению структуры и механических характеристик шва после остывания. К достоинствам сварки плавлением относят универсальность и возможность соединения разнородных металлов.

Виды сварки плавлением

В зависимости от источника тепла к основным видам сварки плавлением относят электрическую и газовую. По способу выполнения электрический вид подразделяется на несколько разновидностей.

Газовая

Газовая сварка плавлением за счет плавного нагрева позволяет соединять заготовки из чугуна, цветных металлов, высокоуглеродистой стали. Зазор между деталями заполняют присадочной проволокой, которая плавится вместе с основным металлом. Стык нагревают пламенем горелки, которое образуется при сгорании смеси кислорода с горючим газом:

• ацетиленом;
• бутаном;
• пропаном;
• водородом;
• парами керосина или бензина.

Для газовой сварки не требуется электроэнергия, поэтому ремонтные работы можно проводить даже в чистом поле. Недостатком считают невозможность работы с заготовками толщиной больше 5 мм.

Электродуговая

Электродуговая сварка выполняется за счет тепла дуги, которая возникает при прохождении тока через электрод и заготовки. Из расплавленного металла деталей и электрода или присадочной проволоки образуется сварочная ванна. После остывания формируется шов. Разновидности классифицируют по следующим признакам:

• виду тока ― переменный или постоянный; когда на электроде минус, полярность прямая, если плюс ― обратная;
• типу электрода ― плавящийся, неплавящийся;
• уровню механизации ― ручная, полу и полностью автоматическая;
• виду дуги ― прямого действия (между металлом и электродом), косвенного (между двумя электродами);
• способу защиты места сварки ― инертный газ, флюс, покрытие электрода.

Металл плавящегося электрода должен быть таким же, как у заготовок или близким по составу. Когда марку стали определить невозможно варят переходным (буферным) электродом. Его также используют для соединения элементов из стали с разным составом. В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые, графитовые, угольные стержни. Присадочная проволока и свариваемые детали должны быть близкими по химическому составу.

Плазменная

Нагревание осуществляется за счет энергии дугового разряда внутри плазмотрона. Поток газа (аргон, азот, воздух) проходит через канал с горящей дугой, ионизируется, выводится через сопло наружу в виде потока плазмы с температурой больше 5500⁰C. Для защиты от перегрева сопло охлаждают проточной водой. Газ нагревается дугой косвенного действия между встроенными электродами.

Плазменная сварка применяется в авиа и приборостроительной отрасли для работы с молибденом, вольфрамом, нержавеющей сталью, никелевыми сплавами. За счет большой глубины плавления можно соединять листы металла толщиной 9 мм. Качественная сварка алюминиевых сплавов проводится в среде защитного газа.

Лазерная

Кромки нагреваются лучом лазера. Среди способов сварки плавлением, этот самый точный для соединения элементов сложной конфигурации. Для снижения себестоимости процесса при массовом производстве световой поток линзами разделяют на несколько лучей, которыми одновременно нагревают несколько стыков. Для домашних работ производители выпускают компактные модели небольшой мощности. Лазером можно формировать непрерывные и точечные швы со сквозным или поверхностным плавлением.

Лазерная сварка применяется для работы с титаном, нержавеющей сталью, цветными и драгметаллами, пластиком, стеклом. Этим методом сваривают тонкостенные листы и заготовки с большой толщиной. Лазер широко используется в оборонной, космической и атомной отрасли, радиоэлектронике, автомобилестроении.

• не нагреваются участки возле шва, что снижает риск деформирования;
• с гибкими световодами можно работать на труднодоступных участках;
• переход на резку без модификации аппарата;
• не нужны расходные материалы;
• из-за малой площади нагрева и быстрого перемещения луча расплавленный металл не успевает окислиться, поэтому работать можно без флюса и защитного газа.

К недостаткам относят высокую цену оборудования и низкий КПД.

Электрошлаковая

Этот метод основан на тепловой энергии, которая выделяется при прохождении тока от электрода к деталям через слой электропроводного расплавленного шлака (флюса). Заготовки ставят вертикально с зазором между ними. Электродная проволока подается в промежуток между деталями через один или несколько мундштуков, подключенных к источнику тока. Сварочная ванна удерживается с обеих сторон медными ползунами с водяным охлаждением. По мере заполнения зазора они вместе с мундштуками передвигаются вверх.

Электрошлаковая сварка используется в машиностроении при изготовлении крупногабаритных конструкций. Этим способом можно соединять детали из цветных металлов, стали, чугуна, титана, сплавов на основе никеля толщиной от 20 мм до 1 м и больше. Основным плюсом электрошлакового метода считают возможность сварки деталей за один проход независимо от толщины. Из минусов отмечают необходимость тепловой обработки шва для повышения пластичности.

Требования к качеству сварочных швов

Перечень требований, предъявляемых к сварным соединениям, определяется назначением готового изделия. Однако есть обязательные требования, в соответствии с которыми должен выполняться сварной шов. По твердости и прочности он не должен уступать металлу заготовок.

Для визуального контроля шов очищают от шлака и окалины, которые образуются при сварке плавлением. Ширина шва должна быть одинаковой по всей длине, поверхность мелкочешуйчатой. Не допускается наличие наплывов, пропусков, сужений. Если на металле есть поры или трещины шов бракуется.

Вид сварки плавлением выбирают в зависимости от решаемых задач. Когда приходится часто работать вне помещения удобней будут переносные дуговые аппараты или газовая горелка с баллонами. При работе на одном месте лучше выбрать полуавтоматический вариант, а для массового производства автоматический.

Виды и особенности сварки цветных металлов и сплавов

При самостоятельной сварке цветных металлов необходимо знать особенности сплавов. Сложно сделать качественный шов на бытовом оборудовании, необходимо использовать тугоплавкие электроды, защитную атмосферу.

Особенности сварки цветных металлов

В процессе фазового перехода легкие компоненты улетучиваются, выгорают, это пагубно сказывается на состоянии шва. Он растрескивается. Тугоплавкие окислы – еще одна проблема. Иногда необходимо увеличить рабочий ток, чтобы пробить оксид. При сварке цветных металлов и сплавов нередко расплав становится слишком текучим, необходимо изолировать ванну расплава. Для некоторых сплавов необходимо ограничить не только контакт с кислородом, но и другими компонентами воздуха. Азот в качестве защитной атмосферы для некоторых сплавов не годится.

Технология сварки цветных металлов

Подготовительный этап заключается в удалении жирных пятен, очищении деталей от грязи. Окислы зачищают до блеска, свариваемые поверхности протравливают перед работой. На толстых деталях формируют кромки. Сварку цветных металлов и их сплавов проводят в нижнем положении, некоторые расплавы по текучести напоминают ртуть. Выбор электродов, режима работы зависит от химического состава сплава. При выборе сварочного аппарата необходимо правильно оценивать свариваемость сплава, учитывать температуру плавления, толщину заготовки.

Алюминиевые сплавы

Дюрали, силумин, авмель и другие сплавы на основе алюминия сильно различаются по свариваемости. Электродугой алюминий сваривают плавящимися и неплавящимися электродами, используют оборудование, генерирующее постоянный ток. Контакты подключают в обратной полярности. Рекомендуется предварительный прогрев заготовок:

• толщиной до 8 мм – до 200°С;
• свыше 8 мм – до 400°С.

Сваривают алюминий на токах до 200 А при толщине листа до 4 мм без предварительной разделки кромок. У заготовок свыше 4 мм края стачивают под углом, варят на токах, в 35-40 раз больше толщины заготовки (до 160 А). Газовую среду используют высококлассную, чтобы облако не смещалось с рабочей зоны в процессе образования и застывания шва. Расстояние между прихватками делают с учетом толщины заготовки:

Толщина заготовки, мм

Интервал между прихватками, мм

Тугоплавкий или угольный электрод, разжигающий электродугу, держат под прямым углом к присадке, чтобы исключить непровары корня шва.

Медь и ее сплавы

Медные сплавы, латуни, бронзы сваривают несколькими способами:

• электродуговой сваркой в атмосфере азота;
• ручной, полуавтоматической, автоматической аргоновой;
• электронно-лучевой, создающей высокую температуру в ограниченной зоне.

При сварке цветных металлов толщиной до 2 мм нужен постоянный ток обратной полярности. В качестве присадки используют наплавочную проволоку с большим содержанием раскислителей. Толщину подбирают под размер свариваемых заготовок. Минимальный диаметр присадки – 1,5 мм, максимальный – 8 мм. Сварку меди и цветных сплавов с высоким ее содержанием, проводят:

• ручным электродуговым методом током прямой полярности, варят металл короткой дугой, длиной от 35 до 40 мм, чтобы сократить разбрызгивание металла (рекомендуется избегать поперечных движений электродом);
• в атмосфере аргона током обратной полярности; если сплав плавится до 400°С, бронзовая проволока укладывается в стык с большой скоростью, чтобы не перегревались заготовки.

В качестве флюса используют буру или смесь буры с борной кислотой, поваренной солью, метилборатом.

Никелевые сплавы

Цветные сплавы на основе никеля отличаются высокой вязкостью, пластичностью. Детали из никеля плавятся при 700–1000°С, процесс сопровождается насыщением сплавов газами, шов становится пористым, непрочным. Хотя никель устойчив к коррозии. При аргонодуговой сварке подбирают электроды с ниобием, кремнием, алюминием. В расплаве также желательно присутствие марганца, магния. Свариваемость металла повышается, образуется прочное соединение.

Для работы с никелевыми сплавами нужны сварочные аппараты, выдающие постоянный рабочий ток. Сварка никелевых цветных заготовок производится на токе обратной полярности, чтобы защитный газ ионизировался, электродуга становится стабильнее. При обратной полярности заготовка нагревается меньше, чем электрод. Это особенно актуально для заготовок небольшой толщины. Регулируя потенциал тока, можно уменьшить температуру заготовки.

Обработка титана

Титан в расплавленном состоянии бурно реагирует с тремя компонентами воздуха: кислородом, водородом, азотом. Необходимо снизить их содержание в защитной атмосфере до минимума. Газ должен быть качественным, если нужен надежный шов. Он должен остывать в защитной атмосфере, чтобы не образовывались трещины. Для сварки титана в промышленных объемах используются герметичные камеры. При ручной сварке необходимо экранировать рабочую зону, чтобы облако инертного газа не смещалось со шва, аргон или гелий, смеси должны быть первого или высшего сорта. Защитный газ за счет высокой плотности вытеснит воздух. Используется сварочное оборудование, генерирующее постоянный ток. Сварка цветного металла проводится током прямой полярности. Основная термическая нагрузка концентрируется на поверхности заготовки, корень шва углубляется, дуга поддерживается стабильно, металл меньше разбрызгивается.

Работы с магнием

У магниевых деталей проваривают полностью всю кромку. Для работы с заготовками толще 10 мм, необходимо мощное сварочное оборудование, работающее от трехфазной сети мощностью 380 В, генерирующее переменный высокочастотный ток. В периоды обратной полярности дуга пробивает оксидную пленку, она расплавляется. При работе рекомендуется использовать подкладки с низкой теплопроводностью.

Сварка магния и цветных металлов на его основе производится под атмосферной защитой гелия или аргона, он предохраняет расплав от насыщения азотом, шов не пузырится, на нем не образуется окалина. Подачу газа в рабочую зону начинают до розжига дуги, прекращают через 20 секунд после затухания, когда верхняя часть шва схватится.

Сплавы из свинца

Разница между температурой плавления оксидов и самого свинца более 500°С, свинец становится жидким при 327°С, оксиды нужно прогревать до 888°С. Учитывая повышенную текучесть свинца, приходится экранировать зону расплава сварочной ванночкой. Сверху горячий цветной сплав оберегают флюсы, в состав которых входит стеарин, канифоль. Этими же флюсами смазывают стенки сварочной ванночки, чтобы исключить прилипание к ней свинца.

Сварка разнородных цветных металлов

Сложность процесса заключается в ограниченной взаимной растворимости. При сварке цветных металлов и сплавов между собой используют несколько технологий, обеспечивающих надежность соединения:

• шов формируют, воздействуя на детали импульсным электронным лучом, скорость прогревания заготовок увеличивается, при высокой температуре происходит схватывание деталей;
• при сварке давлением цветной металл разогревается за счет энергии, выделяющейся при пластической деформации структурной решетки, концентрированная тепловая энергия скапливается в зоне контакта, детали не нужно дополнительно прогревать;
• для сварки цветных разнородных цветных металлов используют промежуточный слой, сцепляющийся с заготовками, риск охрупчивания швов снижается;
• в среде аргона проводят автоматическую, ручную и полуавтоматическую сварку разнородных цветных металлов, электрод держат перпендикулярно деталям, чтобы шов был качественным.

Защитный газ снижает степень окисления, насыщения цветного металла азотом и водородом. Высокотемпературные технологии внутреннего воздействия увеличивают скорость сварки. За счет текучести цветных металлов заполняются пустоты, стык проваривается насквозь. При подборе буферного слоя учитывают компонентный состав заготовок, температуру плавления сплавов.

Имея аппарат для аргоновой сварки, можно заниматься ремонтом деталей из цветных металлов самостоятельно. В промышленных условиях применяют передовые технологии, не позволяющие расплавленному металлу реагировать с воздухом.

Не всегда удаётся целиком изготовить разнообразные железные конструкции. В каких-то случаях нет целесообразности их изготовления из одной заготовки ввиду большого количества нежелательных отходов, в других случаях габариты деталей не позволят провести нормальную механическую обработку. Поэтому были изобретены разнообразные способы соединения заготовок между собой. Это всевозможные резьбовые соединения, склеивание деталей, пайка, а также, известная всем, сварка. Она применима не только к деталям и заготовкам, изготовленным из разнообразных металлов и их сплавов, но и вообще к любым материалам, которые можно расплавить. Различают несколько видов сварки: та, где требуется только нагрев для плавления материала, где требуется только давление и комбинированные. Ниже будет рассмотрен вариант сварки методом плавления.

Процесс сварки – это метод соединения двух и более металлических деталей путём термического плавления кромок соединяемых заготовок. Будучи в расплавленном состоянии, металл, из которого состоят заготовки, смешивается и на этом месте образуется прочное неразъемное соединение. После остывания, на месте расплавленного металла образуется так называемый сварочный шов. Этот процесс чем-то сходный с литьём, но в ограниченных размерах. Нынче сварка нашла широкое применение для соединения двух и более заготовок как в промышленных масштабах, так и при кустарном производстве металлических изделий. Также её используют в процессе ремонта разнообразных узлов, так как она позволяет провести наплавление металла там, где он сточился.

В зависимости от того, какой способ нагрева материала заготовки до точки плавления выбран, разделяют несколько видов сварки, о которых поговорим ниже.

Классификация видов сварки плавлением

В зависимости от источника термической энергии, который способен нагреть кромки деталей до температуры плавления, сварка плавлением делится на электрическую, газовую и другие виды сварки. Электрическую опять же можно разделить на электродуговую и индукционную. Рассмотрим наиболее применяемые как в быту, так и промышленности виды. Наибольшее применение получила электродуговая и газовая виды сварок. В случае электродуговой, плавление металла происходит за счёт высокой температуры электрической дуги (около 5000 градусов), которая возникает между заготовкой и электродом. При использовании газовой сварки, источником тепла, способным довести сталь до точки плавления, является горящий газ или смесь газов (например, пропан и кислород с температурой горения до 2050 градусов). Присадочным материалом для шва в таком виде сваривания чаще всего применяется либо отдельная специальная присадка, либо его роль играет металл из тела заготовки.

И также, в зависимости от типа применяемого электрода, можно выделить следующие виды сварки:

• С применением плавящегося электрода. Шов образуется в процессе плавления электрода, покрытого специальной обмазкой. Его подбирают индивидуально, в зависимости от видов соединяемых сталей. Не применяется при соединении тонких листовых металлов из-за чрезмерного их перегрева, частых прожогов.
• С применением неплавящегося электрода. Он изготовлен из тугоплавкого металла, чаще всего вольфрамовый сплав и предназначен только для розжига и поддержания дуги. Сварку зачастую производят в среде защитного инертного газа, который изолирует шов от содержащегося в окружающем воздухе азота. Наиболее часто применим в случае листовых изделий.

Другие виды сварки стали плавлением, такие как индукционная, лазерная, плазменная и др., пока ещё не нашли широкого применения ввиду дороговизны оборудования, поэтому рассматриваться не будут.

Принцип сваривания

Как говорилось выше, принцип сваривания плавлением основан на процессе смешивания расплавленного металла в зоне сваривания, с образованием прочного, неразборного соединения. Источник тепловой энергии, имеющий довольно большую мощность, концентрирует тепловую энергию на малой площади сварочной ванны. Именно в этой ванне и находится доведённый до точки плавления сплав, который туда подаётся либо с использованием электрода, либо со специальной проволокой (в случае сваривания несгораемым электродом). Перемещая источник тепловой энергии вдоль кромки соединяемых деталей, перемещают и сварочную ванну, постепенно добавляя в неё присадочный материал. После остывания, материал ванны кристаллизуется, что приводит к образованию прочного сварного шва.

Процесс розжига высокотемпературной дуги состоит из трёх последовательных действий. Сначала электродом касаются заготовки, в результате чего получается короткое замыкание, вызывающее нагрев его кончика. Далее, кончик отводят на небольшое расстояние от детали, это расстояние подбирается опытным путём. Оно должно быть таким, при котором дуга наиболее устойчива. Разогрев электрода необходим для устойчивой экзоэмиссии электронов, которая также гарантирует устойчивую электрическую дугу.

Принцип сварки плавлением

При плавлении электрода происходит перенос присадочного материала в сварную ванну, и детали соединяются. На некоторых сварочных аппаратах, предназначенных для сварки несгораемым электродом, поджиг дуги является бесконтактным. Он выполняется специальным устройством, называемым осциллятором.

Специфические черты

Спецификой процесса сваривания металлов является то, что в результате образуется единая целая деталь, даже если в процессе применялись различные разнородные металлы. Для такого типа соединения требуется только нагрев, который способен вызвать плавление материала из которого состоят соединяемые детали. Исходя из того, какие металлы (или их сплавы) соединяются, необходимо правильно выбрать присадочную проволоку или электрод.

Разновидности применяемых электродов

Качественный шов можно получить только при правильном подборе присадочного материала, поэтому на их разновидностях стоит заострить внимание. Сварочный электрод представляет собой стальной пруток, покрытый специальной обмазкой, которая плавится в процессе сварки и защищает шов от воздействия азота из воздуха. В случае сварки несгораемым электродом или газовой, обмазка не требуется, шов защищает инертный газ или пламя из горелки. Поэтому, в принципе, электрод, проволока и другой присадочный материал практически одно и то же.

Присадочный материал, из которого полностью состоит проволока, играет первостепенную роль в прочности шва. В процессе нагрева и плавления из сплавов выгорают легирующие элементы, ухудшая при этом качество соединения. Для того чтобы этого избежать, выбираются прутки из стали, которые по степени легирования равны соединяемым маркам или даже выше их. В случае если марки сплавов разные, степень легирования оценивается по максимально легированному сплаву. Избыток легирующих элементов компенсирует их выгорание.

Если марки сталей неизвестны, а также отсутствует возможность их определить, то используется специальный переходной (его ещё называют буферным) электрод или специальная присадочная проволока. Он позволяет сварить даже разнородные стали, например, такие, как нержавейка и простая чёрная низколегированная сталь, играя роль переходного материала.

Требования к сварочным швам

Требования, которые могут предъявляться к сварочным швам, по большей мере зависят от конечного назначения готовой конструкции. Тем не менее можно выделить несколько общих требований, которым должны удовлетворять соединения такого типа. Твёрдость и предел прочности сварного соединения должны иметь такие же показатели (или близкие), как и показатели основного металла. Испытания проводят на специальном оборудовании с образцом готового изделия.

Визуально контроль качества шва проверяют следующим образом. После завершения сварочных работ, производится очистка швов от шлака и окислов, также убираются все вспомогательные приспособления. Шов должен быть однородным, мелкочешуйчатым и иметь равномерную ширину. Наплывы, прожоги, сужения или перерывы должны отсутствовать. Металл, который наплавлен должен быть однородным, не иметь пор или поверхностных трещин.

Как правильно варить металл

В любом домохозяйстве постоянно требуется построить или починить какую-нибудь конструкцию из металла. Самым прочным соединением двух металлических деталей является сварка. Кузнечная сварка известна человечеству уже несколько тысячелетий, сварке же электрической дугой или газовой горелкой — немногим больше столетия.

Как правильно варить

И если ремесло (или даже искусство) кузнеца требовало многолетнего обучения и накопления опыта, то электродуговую сварку на начальном уровне при желании и наличии соответствующего оборудования вполне можно освоить за несколько дней.

Основы сварки

Чтобы научиться правильно варить, необходимо ориентировать в физических основах процесса сварки. Любой сварочный аппарат создает в небольшой рабочей зоне на стыке двух свариваемых деталей температуру выше температуры плавления свариваемого металла, так называемую сварочную ванну. В ней превратившаяся в жидкость часть металла обеих деталей смешивается друг с другом и с металлом расплавившегося электрода. После снижения температуры металл из сварочной ванны кристаллизуется, соединяя свариваемые детали в одно целое. Медленно перемещая сварочную ванну вслед за дугой вдоль стыка, сварщик получает шов. Высокой температуры в любительских сварочных аппаратах достигают двумя способами:

• электрической дугой;
• газовой горелкой.

Газовая горелка Как правильно паять электрической дугой

Электросварка безопаснее, поскольку нет риска взрыва газа, и проще в освоении для тех, кто только учится правильно варить.

Электрическую дугу создают при пропускании тока большой силы через воздушный зазор между свариваемыми деталями и электродом.

Как правильно варить

Чтобы понять, как правильно варить, к небольшому количеству теории следует добавить большое количество практики. Начинать учиться лучше со сваривания обрезков уголков, арматуры, металлических пластин. Только после того, как вы «почувствуете шов» своими руками, можно приступать к соединению более или менее ответственных конструкций.

Процесс дуговой сварки

Существует несколько видов аппаратов, для того чтобы научиться правильно варить, лучше всего начинать с инверторного. Он позволяет плавно регулировать и поддерживать стабильным рабочий ток, мало не зависит от уровня и стабильности напряжения в питающей электросети, не создает в этой сети бросков напряжения.

Технология сварочных работ

Сварочные работы происходят при высокой температуре. Электрическая дуга является источником тепла для нагревания и частичного расплавления рабочей зоны. Она возникает в воздушном зазоре между деталью и электродом, поддерживается все время операции и плавно перемещается вдоль линии шва.

Возникновение сварочной дуги Строение и свойства электрической дуги Классификация сварочной дуги

Размеры образующейся рабочей зоны расплавленного металла, или сварочной ванны, определяются

• выбранным режимом работы;
• скоростью движения электрода;
• свариваемыми материалами;
• толщиной деталей и конфигурацией кромок.

Средние размеры сварочной ванны:

Чтобы правильно варить, необходимо выбрать материал и толщину электрода в соответствии с толщиной свариваемых деталей. Электрод покрыт тонким слоем флюса, или обмазки. При нагреве этот флюс плавится и образует защитную газовую область над рабочей зоной, что противодействует попаданию в рабочую зону кислорода воздуха. По мере удаления электродуги и следом за ними — зоны сварочной ванны расплавленный металл кристаллизуется, образуя шов, который соединяет детали в единое целое. Поверх шва располагается тонкий слой остатков выгоревшего флюса, который требуется зачистить.

В конечном итоге, именно от выбранной технологии сварки и будет зависеть окончательная стоимость работ по сварке металлоконструкций.

Типы сварочных аппаратов

На рынке представлено большое количество моделей сварочных аппаратов разных типов.

Из всего их разнообразия:

• трансформаторы;
• выпрямители;
• инверторы;
• полуавтоматы;
• автоматы;
• плазменные;

В условиях домашней мастерской чаще всего применяют трансформаторы — из-за их дешевизны и инверторы из-за простоты и удобства в работе. Остальные требуют либо специальных условий для работы, достижимых только на производстве, либо специального обучения и длительного приобретения навыков.

Трансформаторные

Устройство таких аппаратов крайне простое — это мощный понижающий трансформатор, во вторичную обмотку которого и включают рабочую электрическую цепь.

Трансформаторный сварочный аппарат

• неприхотливость;
• живучесть;
• простота;
• дешевизна.

• очень большой вес и габариты;
• низкая стабильность дуги;
• работа переменным током;
• вызывает броски напряжения в питающей сети.

Такой аппарат требует от сварщика мастерства и большого опыта. Для обучения начинающего сварщика тому, как правильно варить, он подходит плохо.

Инверторы

Инверторный аппарат имеет гораздо более сложную конструкцию. Инверторный блок многократно преобразует входное сетевое напряжение, доводя его параметры до необходимых. За счет трансформации тока высокой частоты габариты и вес трансформатора получаются во много раз меньше.

• малый вес и габариты;
• стабилизированное напряжение и ток в цепи;
• дополнительные функции антиприлипания и горячего старта;
• возможность точной регулировки параметров тока и дуги;
• не вызывает бросков напряжения в питающей сети.

Есть у инвертора и недостатки:

• высокая цена;
• низкая морозостойкость.

Обучение тому, как правильно варить, лучше начать с инвертора. Стабильность параметров дуги и дополнительные функции, облегчающие старт и предотвращающие «залипание», позволят новичку сосредоточиться на шве и быстрее освоить технологию.

Что потребуется для работы начинающему сварщику

Для начала обучения придется подобрать соответствующее оборудование и экипировку.

Особое внимание следует уделять индивидуальным средствам защиты, поскольку сварочные работы — процесс вредный для зрения и органов дыхания.

Необходимо будет оборудовать рабочее место, если оно в мастерской — то помещение следует снабдить эффективной вытяжкой и достаточным освещением.

Если вы решили начать обучение на свежем воздухе- то обязательно на сухом основании и под навесом, который защитит вас и оборудование от дождя.

Рабочее место должно быть просторным, не захламленным, не стеснять движений сварщика.

Кабели нужно раскладывать таким образом, чтобы не наступать на них и не запнуться при перемещении вокруг заготовок.

В качестве заготовок для отработки навыков лучше выбрать обрезки проката и стальных листов. Начинать с ответственных конструкций не рекомендуется.

Инструменты и средства защиты

В обмундирование и средства индивидуальной защиты входят:

• маска сварщика со встроенным светофильтром для защиты глаз от яркого света и ультрафиолетового излучения дуги;
• спилковые перчатки — краги для защиты рук от брызг раскаленного металла;
• плотная одежда из негорючей ткани;
• шапочка под маску;
• прочная обувь.
• респиратор для защиты органов дыхания от образующихся газов и пыли, особенно при работе с цветными металлами.

Из инструментов, материалов и оборудования понадобятся:

• Угловая шлифмашина (болгарка) для нарезки заготовок и зачистки швов;
• Набор ручного слесарного инструмента — молотки, зубила, пассатижи и пр.;
• Металлическая щетка для зачистки заготовок;
• Струбцины и зажимы для соединения заготовок;
• Электроды.

Ну, и наконец, инвертор с входящими в комплект кабелями и держателем.

Какие электроды выбирать

Для того чтобы начать учиться варить правильно, необходимо подобрать сварочные материалы в соответствии со свариваемыми материалами и их толщиной. В качестве учебного задания лучше выбрать обычные низкоуглеродистые конструкционные стали. Для них подойдут широко распространенные электроды с обмазкой.

Электроды для сварочных аппаратов

Учатся обычно на электродах диаметром 3 мм, 1,6 и 2 мм применяют для работы с тонкостенными конструкциями, а 4-6 мм — для сваривания толстостенных заготовок.

Чаще всего в домашних условиях используют электроды диаметром 3 миллиметра (тройка). Более тонкие подходят для сваривания тонкостенных деталей, а номера четыре и пять — для толстых элементов.

Мощность аппарата должна соответствовать диаметру электрода (или его номеру). В руководстве пользователя (и на корпусе прибора) есть таблица определения рабочего тока в зависимости от номера.

Рекомендации как правильно сварить металл

Чтобы правильно варить металл, недостаточно просто научиться делать швы. Сварщик обязательно должен быть еще и материаловедом — знать многое о свойствах свариваемых материалов, их взаимодействии друг с другом и с высокими температурами.

Технология включает в себя много операций до начала и по окончании собственно выполнения шва.

До начала главной операции свариваемые детали необходимо тщательно очистить от механических загрязнений, старой краски, ржавчины и обязательно обезжирить. Требуется также правильно расположить их друг относительно друга и зафиксировать в этом положении.

При соединении тонкостенных конструкций или просто протяженных швов детали прихватывают друг к другу в нескольких равноотстоящих друг от друга точек, чтобы избежать термических деформаций.

Будущий сварщик заранее должен знать и предвидеть:

• потенциальные проблемы;
• разновидности дефектов

и продумать, как их избежать.

Начинают с трех простейших видов соединений

• Встык. Кромки соединяемых деталей находятся в одной плоскости с небольшим зазором между ними, и этот зазор заполняется шовным материалом.
• Внахлест. Детали располагаются с некоторым перекрытием кромок.
• Тавровый. Одна пластина торцом приваривается в середине другой, обычно под прямым углом.

Три основных виды соединения

В целом можно сказать, что работа сварщика наполовину состоит из собственно сварки, а наполовину — из планирования и подготовки. Научиться варить правильно — это значит научиться планировать и готовиться.

Советы как научиться варить электросваркой самостоятельно

Сварить несложную конструкцию из металла реально за несколько часов, при условии, что вы уже освоили технологию, спланировали операции технологического процесса и подготовили все необходимое.

Чтобы научиться варить правильно, следует иметь в виду следующее:

• Следует подготовиться и узнать необходимую информацию о тех материалах, которые вы собрались варить.
• Подобрать для них соответствующий рабочий режим и сварочные материалы.
• Изучить технику исполнения конкретного запланированного вами шва.

Мало что может заменить обучение в профессиональной школе сварщиков и практику под руководством опытного наставника. Но если это по каким-либо причинам недоступно, то правильные движения, положение рук и тела при работе можно неплохо изучить и по обучающим видео от авторитетных мастеров сварного дела.

Корпус атомного реактора вам варить, конечно, не доверят, но раму для ворот или лесенки вы волне сможете осилить. Начав с простых швов и научившись варить их правильно, можно переходить и к более сложным, постепенно накапливая опыт и оттачивая свое мастерство.

О каких дефектах стоит знать, чтобы сделать правильный сварочный шов

Знания о сварных дефектах очень важны для того, чтобы вы их вовремя распознали и не начали эксплуатировать сварную конструкцию с ненадежным соединением.

Если шов проварен правильно, выглядит он равномерным и аккуратным, с равной толщиной и высотой по всей длине.

Различают следующие основные дефекты:

• Непровар. Недостаточное заполнение шовным материалом, и прочность его снижена. Причиной служит недостаточное напряжение в цепи или избыточная скорость ведения электрода.
• Подрез. Продольная канавка. Возникает по причине избыточной длины дуги. Для устранения дефекта следует правильно выбрать силу тока- немного ее повысить.
• Прожоги. Образование сквозных отверстий в материале. Вызывается превышением необходимого для данной толщины материала тока, а также слишком медленным ведением электрода. Необходимо также проверить, не превышен ли зазор между кромками заготовок.
• Пористость. Возникает по причине сквозняка в рабочей зоне, сдувающего облако защитных газов.

Непровар Подрез

Встречаются и другие сварные дефекты, такие, как продольные и поперечные трещины

Предосторожности, перед тем как варить сваркой электродами

Варить правильно — это значит варить безопасно. Меры предосторожности при сварке электродами позволят сохранить здоровье и работоспособность сварщика:

• Перед началом работы необходимо осмотреть аппарат, держатель и кабели на предмет отсутствия механических повреждений и нарушения изоляции.
• Работу следует вести при положительной температуре и при влажности до 80%;
• Обязательно использование индивидуальных защитных средств.
• Следует применять спецодежду с противопожарной пропиткой.
• Радом с рабочим местом следует иметь огнетушитель, пригодный для тушения электроустановок под напряжением.

Тщательное и неуклонное соблюдение правил сварки металла электродом не потребует много времени и помогут сохранить материальные ценности и здоровье людей.

Нюансы для начинающих в сварке

Есть несколько нюансов, которые могут пригодиться любому желающему научиться варить правильно:

• Не забывать о заземлении и о важности регулярной проверки качества контакта зажима и заготовки.
• Регулярно проверять изоляцию кабеля.
• Сила тока выбирается сразу после подключения массы.
• Перед поджигом дуги следует установить электрод под углом примерно 60 градусов к плоскости детали, а расстояние между его концом и деталью — около 0,5 см.

Положения электрода при сварке

Осваивая все более сложные виды швов и конфигурации соединений, домашний мастер сможет научиться варить правильно и снабдит свое домохозяйство всеми необходимыми в нем сварными конструкциями.

Читайте также:

  
• Металл для котла отопления
  
• Шланг газовый для плиты какой выбрать резиновый или металлический
  
• Уфимский завод металлических и пластмассовых изделий
  
• Лекция по химии металлы
  
• Фрезерные станки с чпу по металлу немецкие