Технология и оборудование для механизированной сварки: классификация, виды, особенности

Неразъёмное соединение материалов посредством сварки относится к наименее затратным по времени и расходу материалов и энергии операциям. Помимо распространённой электродуговой существуют механическая сварка и термомеханическая.

Содержание

Классификация механизированных и автоматизированных процессов

Принято разделять технологические процессы на холодные и высокотемпературные. Последние более распространены и являются модернизированным прототипом ручной электродуговой сварки электродом во флюсовой обмазке.

Механизированная дуговая сварка устраняет вынужденные ограничения в производительности, защите поверхности шва и металла деталей, снижении температурных деформаций вследствие неравномерности нагрева.

Дуговая плазменная

Сварка деталей ведётся локальным плазменным потоком. Диапазон температур потока раскалённых газов 5–30 тыс. градусов. Плотность и тугоплавкость металлов не играют существенной роли.

Тепловое воздействие дуги дополняется энергией расширяющихся газов. Обычно это аргон в чистом виде либо в смеси с гелием. Они исключают попадание воздуха атмосферы, иных окислителей в рабочую зону. Используются токи разной полярности.

Градация мощности аппаратуры:

До 25 А – локализация нагрева, исключение прожогов и коробления тонкостенных элементов, разрушение оксидной плёнки алюминия.
До 150 А – металл плавится на заданной глубине без повреждения пограничных участков.
Более 150 А – идёт сквозной проплав высокопрочных и тугоплавких сталей.

Технологические механизированные и автоматические линии дают преимущества в 3–4-кратном ускорении процедуры в сравнении с ручными аппаратами для прецизионной сварки. Трудоёмкая пайка уступает место микросварке:

Шов не нуждается в зачистке и выравнивании.
Отпадает надобность в подготовке поверхности перед сваркой.
Отсутствие температурных деформаций.
Универсальность – доступна сварка цветных, чёрных металлов, чугуна.
Безопасность.

[stextbox id=’info’]Главный сварщик ЦКБА г. Омска В. П. Ермолько: «Для мелкосерийного производства точных изделий альтернативы плазменной сварке нет».[/stextbox]

Механизированная под слоем флюса

Розжиг электрической дуги под слоем механически наносимого гранулированного флюса допускает сваривание с шириной фронта до 100 мм. В таком случае предполагается использование многоэлектродного мундштука или газоразрядных электродов. Флюс на основе силиката марганца подаётся из бункера на заданную ширину шва. Скорость сваривания доходит до 100–300 м/час.

Предусмотрена предохранительная мера – создание избыточного давление защитного газового пузыря. Тепловой фон хвостовой части сплава сварочной ванны снижается без резких перепадов температуры, что противодействует возникновению микротрещин. Разбрызгивание металла ограничено, не превышает 2%.

Преимущества метода:

Расплав легируется и раскисляется за счёт компонентов флюса.
Относительно ручной сварки скорость изменяется в десятки раз.
Стабильность горения дуги.
Контакт с кислородом и азотом атмосферы исключается.

Полуавтоматическая дуговая электросварка плавящимся электродом

Сварка ответственных конструкций в произвольном пространственном положении шланговыми полуавтоматами с синхронизированной подачей присадочной проволоки лидирует по доступности. Они изготовляются в соответствии с ГОСТ 18130—79 Е.

Невысокая стоимость и надёжность стационарных и переносных устройств даёт выигрыш в производительности до 8 раз, применение оправдано замечательными способностями:

Принудительное либо естественное охлаждение горелки.
Зона дуги защищается инертным газовым облаком либо флюсом или используется порошковая самозащитная проволока.
Стальная присадочная электродная проволока сплошная либо порошковая, алюминиевая – сплошная.
Варьируются виды подачи и регулировки скорости выхода проволоки с бобины.

Предохранительная газовая среда преимущественно представлена аргоном, гелием, смесями. Для низкоуглеродистых сталей толщиной до 40 мм – углекислым газом. Водяное либо воздушное принудительное охлаждение продлевает срок службы вольфрамового неплавкого электрода.

[stextbox id=’info’]Доступна самостоятельная сборка полуавтомата на основе сварочного инвертора.[/stextbox]

Автоматическая орбитальная система

Стационарные и мобильные комплексы орбитальной сварки управляются компьютерной программой. Обслуживающий персонал не вмешивается в технологический процесс.

Автоматические аргонно-дуговые станции оснащены неподвижной горелкой, вращение детали вокруг оси сопряжено с ограничениями размеров по длине, суммарной массе изделия.

Орбитальная система лишена этого недостатка. Применяется для соединения плетей магистральных трубопроводов встык, соединений фланцев в труднодоступных местах. Манипулятор продвигает горелку по заданной траектории, совершая колебательные движения для равномерного заполнения разделки. Тело заготовки остаётся в статичном состоянии.

Многопроходная головка устанавливается по направляющим кольцам. Напряжение питания сети 230–500 В. Диапазоны размеров труб:

Ø25–89 мм;
Ø60–168 мм;
Ø168–1800 мм.

Термомеханическая

Различные методики частично механизированной сварки предусматривают сжатие с одновременным воздействием локального источника тепла для совместной пластической деформации сопрягаемых поверхностей в зоне наибольшего электросопротивления. Под общим термином контактная сварка объединены три различных метода:

Стыковая сварка – торцы заготовок компактного сечения нагревают и сдавливают, добиваясь пластической деформации обеих частей изделия по всей площади. Применяются 2 способа:
- Сварка сопротивлением – соединение однородных сплавов малого сечения сложных форм с предварительной обработкой торцов, точной подгонкой по площади сечения.
- Сварка оплавлением не требует подготовки торцов. Нагрев стыков ведётся до оплавления. Окислы, загрязнения при сжатии выдавливаются из зоны стыковки.
Точечная и роликовая (шовная) сварки преимущественно применяются для сварки листовых материалов внахлёстку. Различия только в величине контакта. Точечное соединение фиксирует заготовки на отдельных участках. Роликовое – непрерывным швом. Оборудование для механизированной сварки схематично представляется парой электродов, оказывающих давление на листы. Импульсный нагрев с плавлением металла и взаимным проникновением литого ядра сварной точки происходит в доли секунды. Сжатие препятствует частичному вытеканию расплава.
Сварка трением – высокопроизводительный способ сплочения разнородных сплавов. Активно применяется для производства концевого режущего инструмента. Хвостовики из конструкционных сталей соединяют с быстрорежущими сплавами. Торцы вращающейся и неподвижной заготовки разогреваются до пластического течения под давлением силой трения. Осадка (сдавливание) после остановки вращения создаёт прочное монолитное соединение.
Диффузионная сварка проводится в вакуумной камере, степень разряжения влияет на скорость диффузии. В месте соединения прилагается усилие по сжатию. При необходимости оказывается электроконтактный, индукционный или радиационный нагрев. Ускорение взаимного проникновения частиц решается химическими составами, применением вспомогательных материалов. Достижимо получение на основе диффузионной сварки слоистых конструкций из малосовместимых материалов.

Итог

Среди 35 видов создания прочных контактов на основе пайки и сварки, существуют методики для неметаллических материалов и оптоволокна.

[stextbox=’info’]На основе оборудования для сварки созданы схемы упрочнения поверхности металлов.[/stextbox]