Способы сварки: ручная дуговая, полуавтомат, TIG, под флюсом и лазер

Номера процессов: как читать карту

Все способы этого урока — сварка плавлением: источник тепла плавит кромки и присадку, а металл шва защищают от воздуха. Различаются они тем, что служит электродом, откуда берётся присадка и чем защищена ванна.

В цехе способы называют по-разному: «электрод», «полуавтомат», «аргон». В технологической карте и на чертеже по ISO 2553 пишут номер процесса по ГОСТ Р ИСО 4063-2025. Номер однозначен, его и сверяют с тем, чем собираются варить.

Первая цифра — основной процесс: 1 — дуговая сварка, 5 — лучевая; вторая и третья цифры уточняют группу и подгруппу. Стандарт позволяет дописать к номеру букву способа переноса металла: D — короткими замыканиями, G — капельный, S — струйный, P — импульсный. Например, «ИСО 4063-131-D» — MIG с переносом короткими замыканиями.

MMA: ручная дуговая сварка покрытым электродом

Покрытый электрод — металлический стержень с покрытием. Дуга горит между стержнем и деталью, стержень плавится и становится металлом шва. Покрытие при горении даёт защитный газ и шлак, который закрывает остывающий шов. После каждого прохода шлак отбивают и зачищают шов.

Оборудование простое: источник тока и электрододержатель, баллон не нужен. Поэтому MMA — способ для монтажа, ремонта и работы на улице: изготовитель оборудования прямо называет его лучшим выбором вне помещения. Ограничения — частая смена электрода, зачистка шлака и тонкий металл: детали тоньше 1 мм электродом не сваривают.

MIG/MAG: полуавтомат в защитном газе

Проволока с катушки идёт через подающие ролики в горелку. На токоподводящем наконечнике на неё передаётся ток, и проволока сама служит электродом. Газ выходит из сопла вокруг проволоки. Сварщик ведёт горелку, а подачу проволоки и газа держит аппарат — поэтому способ называют механизированным.

Газ задаёт название. В MIG газ инертный — аргон, гелий или их смеси: он не вступает в реакцию с ванной. Так варят алюминий, медь, никелевые сплавы. В MAG газ активный — CO₂ или смеси аргона с CO₂ либо с кислородом: он участвует в процессе и стабилизирует дугу. Так варят углеродистые, низколегированные и нержавеющие стали. Чистый CO₂ даёт глубокое проплавление, но больше брызг; смеси с аргоном горят спокойнее.

Проволока бывает сплошного сечения и порошковая — трубка с наполнителем внутри. Порошковая проволока с флюсовым наполнителем даёт шлак, как покрытие электрода; самозащитная (процесс 114) работает вообще без баллона. Марку и диаметр проволоки подбирают под основной металл и берут из технологической карты.

Как переносится металл при MAG

Капля металла с конца проволоки может уходить в ванну по-разному. От этого зависят брызги, проплавление и в каких положениях можно варить. Способ переноса задают ток, напряжение и газ — то есть режим из карты.

• Короткими замыканиями. Проволока касается ванны, ток резко растёт и «отщипывает» каплю, затем дуга загорается снова — от 20 до 200 раз в секунду. Тепла мало: тонкий металл (по изготовителю — примерно 0,6–5 мм), корневые проходы, все положения. Проволока 0,6–1,1 мм, газ — CO₂ или 75–80 % аргона с CO₂. Слабое место — несплавление с кромкой при неверном режиме.
• Капельный. Крупные капли больше диаметра проволоки падают в ванну неровно. Брызг много, валик выпуклый, растёт риск несплавления. Этот перенос лежит между короткими замыканиями и струйным.
• Струйный. Выше тока перехода металл идёт потоком мелких капель вдоль оси проволоки. Брызг почти нет, наплавка быстрая. Нужен газ на основе аргона: с 1–5 % кислорода или с CO₂ не более 18 %. Ванна жидкая, поэтому только нижнее и горизонтальное положение. Для стальной проволоки сплошного сечения диаметром 1,2 мм в смеси 90 % аргона и 10 % CO₂ изготовитель даёт ток перехода около 215–225 А.
• Импульсный. Источник чередует импульсы тока и базовый ток. Получается струйный перенос при меньшем среднем токе — на более тонком металле и в разных положениях.

TIG: аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом

Дуга горит между вольфрамовым электродом и деталью. Вольфрам не плавится и в шов не переходит. Присадочный пруток сварщик подаёт в ванну второй рукой. Тонкий металл можно варить без присадки, оплавлением кромок — это процесс 142. Газ — инертный, чаще всего аргон.

Ток. Стали, нержавейку, медь и титан варят на постоянном токе. Алюминий — на переменном. Причина — оксидная плёнка: она плавится примерно при 2015 °C, а алюминий — около 650 °C. Полупериод, когда электрод положительный, разрушает плёнку, полупериод с отрицательным электродом греет деталь и даёт проплавление.

У TIG лучшие механические свойства шва и аккуратный вид без брызг и шлака. Цена — низкая скорость и тщательная зачистка кромок. Изготовитель оборудования считает TIG неэкономичным на деталях толще 4 мм. Где TIG нужен в цехе: тонкостенная нержавейка и алюминий, видимые швы, корень трубы под заполнение другим способом. Подробнее о газах для нержавейки и алюминия — в уроке «Нержавейка и алюминий».

Сварка под флюсом

Дуга горит под слоем гранулированного флюса и поэтому обычно не видна. Флюс плавится, даёт защитный газ и шлак. Брызг и видимой дуги нет, дыма мало. Процесс обычно механизирован или автоматизирован: проволоку подаёт и по шву ведёт аппарат, а не рука сварщика.

Способ производительный, но ограниченный: ванна и шлак жидкие, флюс должен лежать на шве — поэтому варят только в нижнем и горизонтальном положении. Для тонкого металла способ не подходит. Типичная работа — длинные продольные и кольцевые стыковые швы сосудов под давлением, приварка листов и рёбер жёсткости в судостроении.

Лазерная сварка

Луч собирают в пятно доли миллиметра. В теплопроводностном режиме металл только плавится с поверхности — шов мелкий, до 1 мм, и гладкий. В кинжальном режиме при плотности мощности порядка 1 МВт/см² металл испаряется, и луч пробивает узкий паровой канал. Шов получается глубиной до десяти своих ширин, до 25 мм.

Тепло подводится узко и быстро, поэтому зона термического влияния маленькая, а деформации минимальные. Обратная сторона — точная сборка: без присадки металла ванны хватает только на то, что есть в стыке. Ориентир изготовителя оборудования — зазор не больше 10 % толщины самой тонкой детали или глубины проплавления, смотря что меньше.

Сварочный лазер без закрытой кабины — изделие класса 4, самого опасного по ГОСТ IEC 60825-1: опасны прямой луч и отражение от блестящей детали, есть риск возгорания. Ручным лазером работают только в выгороженной зоне, в очках на длину волны лазера и после обучения.

Что где применять в цехе

Способ для конкретного шва выбирает не сварщик, а технолог: он записан в технологической карте вместе с материалами и режимом. Режимы разберём в уроке «Режимы сварки».

Что проверить перед сваркой

• Номер процесса в технологической карте совпадает с тем, чем вы собираетесь варить: 135 — не 131 и не 111.
• Газ в баллоне тот, что в карте: инертный для MIG и TIG, активный или смесь для MAG; для струйного переноса — смесь на основе аргона.
• Проволока или электрод — нужной марки и диаметра, для TIG — пруток под основной металл.
• Для TIG алюминия источник стоит на переменном токе, для стали и нержавейки — на постоянном.
• У поста нет сквозняка от ворот и вентиляторов; на улице для полуавтомата есть экраны.