Технология сварки-пайки металлоконструкций из оцинкованной стали

Сваривание металлов плавлением производится различными способами, которые объединяет одно — использование электрической дуги (исключая газовую сварку). Одной из самых популярных является MIG сварка в полуавтоматическом режиме. Она доступна даже начинающему сварщику, а профессионалы могут сваривать практически любой металл, в различной толщине и сложности конфигурации стыкующихся деталей.

По своей технической сути — это сварка плавлением в атмосфере защитного газа, исключающей химические реакции в расплаве(GMAW — Gas metal Arc welding). Сварочный аппарат MIG работает в среде — аргона, гелия или других инертных газов. Свариваются этим методом стали различных марок, алюминий, магний, титан,сплавы никеля. Общее название — сварка в инертном защитном газе MIG (metal inert gas welding).

Технология MIG/MAG сварки

Сварка MIG/MAG осуществляется в полуавтоматическом режиме. Сварочный автомат функционирует в атмосфере инертных или активных газообразных веществ. Во время сваривания между деталью и сварочной проволокой (электродом) загорается дуга. Под воздействием теплоты дуги свариваемый материал полностью расплавляется. В результате этого процесса образуется сварочная ванна. Она защищена от воздействия кислорода газообразным веществом, подаваемым с помощью сопла горелки. С течением времени элементы, находящиеся в сварочной ванне, начинают кристаллизироваться, образуя сварной шов.

Выбирать защитный газ необходимо в соответствии с материалом изготовления свариваемой детали и его толщиной. При сварке цветных металлов в полуавтоматическом режиме применяются смеси аргона или гелия. При сваривании кобальта или медных материалов используют азот. При сварке сталей применяются оксиды углерода. Для улучшения прочности загорающейся дуги и ускорения формирования шва часто используются смеси MIG и MAG газов.

Выделяют следующие типы МИГ/МАГ сварки:

1. Крупнокапельный: осуществляется без коротких замыканий.
2. Мелкокапельный: во время сваривания от металла отделяются небольшие частицы металла. Этот вид сварки осуществляется без коротких замыканий.
3. Без коротких замыканий: производится во время сваривания материалов при низком напряжении сварочного тока.

При полуавтоматической сварке с капельным переносом происходит повышение плотности сварочного тока, что приводит к повышению напряжения дуги. В результате изменяется характер электрода. От свариваемого изделия отделяют крупные частицы. Минусом этого типа сваривания является высокие показатели разбрызгивания. По этой причине снижается качество сварки деталей в потолочном положении.

Сварка с переносом мелких капель осуществляется при высоких напряжениях и большой плотности сварочного тока. При нем свариваемый материал в расплавленном состоянии стекает в сварочную ванну. Поэтому данный метод сварки также называется струйным. При сваривании изделий с мелкокапельным переносом повышается интенсивность передачи тепла, что приводит к изменению формы сварного шва. Главным отличием этого способа полуавтоматической сварки является стабильность горящей дуги. Это значит, что напряжение сварочного тока не изменяется.

При сваривании деталей без возникновения коротких замыканий металл в расплавленном состоянии преобразуется в каплю, что приводит к увеличению напряжения и длины горящей дуги до максимальных значений. Интенсивность подачи токи остается неизменной поэтому материал в расплавленном состоянии перемещается в сварочную ванну до возникновения короткого замыкания.

Помимо полуавтоматической MIG/MAG сварки существует 2 иных вида сваривания: MMAи TIG. Расшифровки этих аббревиатур означают “manualmetalarc” и “TungstenInertGas”. Главным отличием сварки MIG/MAGот MMAи TIG является высокий потенциал при подаче электродов и газообразных веществ. Это увеличивает эффективность работы сварщика. В отличие от технологии МИГ/МАГ, сварка ТИГ или ММА не требует большого количества аппаратов и инструментов, потому что процесс сваривания отличается в ручном режиме.

В отличие от иных технологий сваривания металлов, сварка MIG/MAG обладает следующими особенностями:

1. Небольшие временные затраты на смены сварочных проволок.
2. Процесс сваривания полностью автоматизирован.
3. Металлы можно сваривать в любых пространственных положениях.

Главным недостатком этой технологии является большие потери при разбрызгивании расплавленного материала, что связано с мощным излучением горящей дуги и ограничений по подаче сварочного тока. При МИГ/МАГ сварке изделий также необходимо приобретать специальные сварочные аппараты (полуавтоматы), выступающие в качестве источника электроэнергии и газораспределительного механизма.

Формирование шва

При MIG/MAG сварке образование сварного шва производится при помощи расплавления электродной проволоки. В результате этого процесса основные сварочные материалы кристаллизируются. Полученный шов надежно защищен от воздействия атмосферного воздуха газовой пленкой. Его размеры и форма зависят от особенностей переноса материала в сварочную ванну. При увеличении теплопередачи в сварочной ванне образуется небольшое углубление, что оказывает влияние на процедуру формирования шва.

Принцип работы сварочного полуавтомата

Принцип работы полуавтомата в первую очередь заключается в том, что сам проволочный электрод, который при ручной дуговой сварке специалист подаёт самостоятельно при помощи руки и держака, в полуавтомате подаётся при помощи двигателя. Поэтому этот способ называется полуавтоматической MIG-сваркой. Проволока выполняет двойную функцию – она является как токопроводящим электродом, так и присадочным материалом. Электрический ток подается незадолго до выхода электрода из горелки, при этом между концом проволочного электрода и металлом возникает явление электрической дуги.

Защитный газ подается через газовое сопло, окружающее проволочный электрод. Горящий газ по причине инертности вытесняет все атмосферные газы, сберегая прочность структуры свариваемого шва. Однако помимо защитной функции газ выполняет и периферийные задачи. От защитного газа зависит состав атмосферы в зоне электрической дуги, что также положительно влияет на ее электропроводность.

Достоинства и недостатки

Выделяют следующие преимущества сварки в полуавтоматическом режиме:

1. Позволяет применять сварочный ток с высоким напряжением.
2. Высокое качество сварных швов.
3. Позволяет сваривать изделия с большим диапазоном толщины.
4. Предоставляет возможность процесс образования шва.
5. Не требует применения шлака или флюса.
6. Позволяет создавать плотные соединения оцинкованных изделий без повреждения покрытия свариваемых деталей.
7. Предоставляет возможность сваривать тонкие стальные или алюминиевые листы толщиной до 0,5 мм.
8. Основные материалы не подвергаются воздействию грязи или коррозии во время сварки.

Главными недостатками технологии MIG/MAG являются:

1. Требует покупки дорогих полуавтоматических устройств.
2. Высокая сложность технологии.
3. Невозможно выполнить сваривание деталей в труднодоступных местах, что обусловлено большой разницей в размерах горелки и электродержателя.
4. Обязательность подготовки и очистки кромок свариваемых деталей.
5. Загорающаяся дуга испускает большое количество световой энергии, что приводит к увеличению излучения. По этой причине сварщик обязан использовать защитные маски для лица во время работы.
6. Сильное разбрызгивание металла в расплавленном состоянии.

В сравнении с технологией TIG сварка MIG/MAG применяется в промышленных отраслях. Это обусловлено полной механизацией сварочного процесса, что снижает затраты на производство в долгосрочной перспективе.

Проблемы при сварке оцинкованного металла

Появление метода МIG-пайки позволило избежать подобных проблем. Метод МIG -пайки отличается от метода МIG-сварки только лишь видом используемой проволоки и режимом процесса.

Для МIG –пайки используется медная проволока CuSi3. Температура ее солидуса небольшая, что позволяет избежать плавления основного металла. Цинковое покрытие не испаряется, а попадая в ванну, образует на поверхности близкое к латуни химическое соединение, которое защищает сварочный шов от коррозии.

Область применения

Технология МИГ/МАГ применяется для:

1. Сваривания пластин толщиной не более 0,5 мм. При работе с этими материалами необходимо увеличить интенсивность подачи теплоты. Это позволит избежать деформации пластин и увеличить производительность.
2. Сварки низколегированных материалов с невысоким содержанием углерода.
3. Сваривание изделий из сплавов железа или алюминия во всех пространственных положений
4. Сварки пластин из цветных металлов средних размеров (до 0,2 см).

Благодаря тому, что метод MIG/MAG позволяет сваривать разнородные металлы всех классов, он активно используется во многих отраслях промышленности. Данная технология нашла применение при производстве автомобилей, морских судов и оффшорных конструкций. Использование полуавтоматической сварки на производстве требует от сварщика множество профессиональных навыков и умений. Рабочий должен уметь управлять сварочными аппаратами, состоящими из большого количества узловых конструкций. При организации промышленного производства с применением MIG/MAG сварки нужно тщательно подготовить рабочие цеха: настроить вентиляцию и приобрести стационарные сварочные устройства. В противном случае газовая система будет работать нестабильно из-за воздействия сквозняка.

Режим сварки оцинкованных сталей

Пайка производится в защитной среде инертного газа, а результат достигается через подбор оптимального режима основного и импульсного тока, при этом переход присадки в шов происходит без короткого замыкания. В режиме импульсного тока его колебания от минимальной до пиковой величины составляют 0,25 до 25 Герц. На изделие выделяется в несколько раз меньше теплоты, а распространение термического влияния в объеме твердого тела резко ограничивается. Капля отрывается от присадочной проволоки по импульсу – как следствие весь процесс практически освобожден от разбрызгивания. Кроме сталей с оцинковкой, процесс применяется для углеродистых, низколегированных и коррозионостойких сталей. Сваркой-пайкой доступно выполнение вертикальных швов в любом направлении (от потолка к полу и наоборот — никаких проблем) и потолочных. Скорость – до 1000 мм/мин. С помощью МIG –пайки соединяют очень тонкие стальные листы с минимальными деформациями. Применяется метод МiG –пайки в автосервисе, в судостроении, в системах вентиляции и кондиционирования. Еще вариант – данным способом прекрасно соединяются рамы велосипедов.

Виды оборудования для MIG/MAG сварки

Для сваривания деталей при помощи технологии МИГ/МАГ необходимы источники питания. Их роль выполняют выпрямители и инверторы.Они позволяют увеличивать амплитуду высокочастотного напряжения. Выделяют 3 категории инверторов для сварки:

1. Бытовые: чаще всего используются начинающими сварщиками для реализации разовых проектов. Они могут сваривать детали небольшого размера. Сила сварочного тока бытовых выпрямителей составляет не более 200 A.
2. Профессиональные: используются сварщиками, работающими на небольших коммерческих предприятиях. Они могут сваривать детали большого размера без потери качества. Сила сварочного тока профессиональных инверторов составляет 300 A.
3. Промышленные: используются в крупных индустриальных организациях. Они способны беспрерывно сваривать большие конструкции с соблюдением основных требований к размеру и форме сварного шва. Сила сварочного тока промышленных выпрямителей составляет не более 500 A.

Инверторы обеспечивают стабильность сварочного тока и снижают диапазон разбрызгивания расплавленного электрода. Универсальность этого прибора позволяет его при работе с нержавеющей сталью и алюминием. Выпрямители потребляют малое количество электроэнергии. Они имеют небольшие размеры, что улучшает комфорт во время проведения сварочных работ.

В бытовых условиях чаще всего используется инверторный полуавтомат с евроразъемом, позволяющим быстро подключать горелку. Выпрямители позволяют осуществлять сварку в 2 режимах как в атмосфере инертного газа, так и с использованием флиса. Для частой эксплуатации рекомендуется покупать универсальные сварочные аппараты, способные работать с применением разных технологий сварки. Их главным недостатком является высокая стоимость.

Выбор аппарата

При покупке сварочного аппарата необходимо учитывать следующие показатели:

1. Тип питания: рекомендуется приобретать устройства, работающие на постоянном токе. При активации обратной полярности эти аппараты обеспечивают лучшую производительность. Приборы, работающие с переменным электротоком и прямой полярностью не способны поддерживать стабильное напряжения на дуге, что приводит к повышенному разбрызгиванию металла и изменению формы сварного шва.
2. Напряжение сети: однофазное или трехфазное. Универсальные сварочные аппараты функционируют при напряжении 220 В. Важно, чтобы приборы были защищены от скачков напряжения. В противном случае они не смогут работать в сетях с различным электроснабжением.
3. Ограничения по температуре: большинство сварочных аппаратов функционирует при температуре от -40 °C до +40 °C. При более высоких значениях данного показателя устройства автоматически выключаются.
4. Наличие дополнительных опций: современные аппараты способны выполнять MMA и TIG сварку. Объединяя множество функций, они могут применяться для решения большого количества задач. Также современные модели имеют поддержку опций HotStart, AntiStickи ArcForce.

Основные технические характеристики аппарата для сварки указаны в паспорте устройства. Важно, чтобы прибор был изготовлен из прочных материалов и имел большой гарантийный срок.

Выбор расходных материалов

Основных расходным материалом, необходимым для сварки, является сварочная проволока. Ее диаметр должен соответствовать толщине свариваемого материала. Также деталь и проволока должны быть изготовлены из идентичных материалов.

При сварке необходимо правильно выбрать защитный газ. При обработке деталей, изготовленных из цветных металлов, лучше использовать инертные газообразные вещества (гелий, аргон и их смеси). При работе с железными сплавами рекомендуется использовать оксид углерода. Важно, чтобы в этом случае сварочная проволока содержала в себе повышенное количество кремния и марганца. Опытные специалисты рекомендуют использовать смеси из активных и инертных газов, уменьшающие диапазон разбрызгивания металла.

Оборудование и комплектующие

Итак, для работы нам понадобится стандартный полуавтомат. Комплект сварочного оборудования состоит из полуавтомата, трансформатора (генерирующего ток), газа (к баллону нужно присоединить редуктор, чтобы регулировать давление), различных шлангов и кабелей, газовой горелки, оснащенной дополнительной системой подачи присадочной проволоки и механизма подачи.

MIG сварка — это, по сути, то же самое, что и сварка в защитных газах плавящимся электродом. Только вместо электрода здесь используется присадочная проволока. Чаще всего проволока изготавливается из алюминия. Мы рекомендуем подбираться проволоку, изготовленную из того же материала, что вы собираетесь варить.

Проволока наматывается на барабан и в автоматическом режиме подается в сварочную зону. Скорость подачи зависит от диаметра проволоки и параметра силы тока, который вы установите. Все, что от вас необходимо — это направить горелку в сварочную зону и нажать на кнопку.

Проволока начнет подаваться в сварочную зону сразу после того, как зажжется дуга. Вместе с тем газ начнет обдувать сварочную ванну, предотвращая окисление металла и образование дефектов. Проводя аналогии с другими типами сварки, в нашем случае газ играет роль покрытого электрода, как при стандартной MMA сварке. Только здесь газ подается извне, а при ММА сварке он образуется при плавлении электрода.

Особенности сварки нержавеющей стали полуавтоматом

Как и любой другой способ, сварка полуавтоматом имеет свои особенности. Рассмотрим самые важные

из них:

• газовая смесь для сварки должна включать в себя 70% углекислого газа и 30% аргона
• угол сварки должен составлять от 5 до 10 градусов по отношению к детали для лучшего проплавления шва. Это особенно актуально для сваривания толстых деталей
• обратная полярность
• видимая длина присадочного материала должна составлять от 6 до 12 мм. При формировании шва расстояние от сопла до металла должно быть минимальным

Обычно выделяют 3 способа соединения заготовок методом сварки полуавтоматом:

1. Струйным переносом

Его используют при необходимости сварить толстостенные детали между собой. Для этого применяют порошковую проволоку и специальные головки.

2. Короткой дугой

сваривают тонкую нержавейку для исключения прожига металла

3. В среде защитного газа

Наиболее традиционный метод сварки, где в качестве защитного газа используется аргон, углекислота или их смесь. Более подробно поговорим об этом ниже.

Предварительные работы до начала сварки

В независимости от типа газа, обеспечивающего защитную среду (аргон или углекислый газ) правила проведения сварки полуавтоматом одни и те же:

1. Ток должен быть обратной полярности
2. Наклонять горелку нужно так, чтобы обеспечить провар достаточной глубины и правильную ширину шва
3. Вылет проволоки достаточно сделать до 12 мм
4. Расход газа настраивают от 6 до 12 мᶾ/час
5. Защитный газ пропускают через осушитель (чаще всего на основе медного купороса) для удаления влаги. Перед применением его необходимо прокалить при 200 ⁰С при длительности около 20 мин
6. Для защиты от раскаленных брызг поверхности, прилегающие к стыку, необходимо обработать растворенным в воде мелом
7. Во избежание образования водородных трещин сварку нужно начинать, отступив примерно 5 мм от края заготовки
8. Сварку нужно выполнять плавным движением полуавтоматической горелки вдоль шва. Если производить поперечные движения, то расплавленный металл может выйти за пределы защитной среды

Перспективы технологий

Проблема качественного и надежного соединения различных материалов известна с давних времен. В наши дни этот вопрос не теряет своей актуальности. Несмотря на то, что технологиями соединения занимаются целые институты всех современных государств, до создания идеальной технологии еще далеко.
Стремительный темп жизни современного общества отражается на всех сферах деятельности. К сварочным технологиям предъявляют следующие требования:

• Качество;
• Производительность;
• Надежность;
• Безопасность;
• Экологичность.

Отдельным пунктом следует выделить автоматизацию процесса, делая сварку полностью независимой от вмешательства человека.

Ученые ведут работы над совершенствованием расходных материалов. Электроды, которые повсеместно применялись на заре развития технологии, до сих пор используются, однако давно утратили ветку первенства. Сварочную проволоку считают более перспективным материалом.

Не стоят на месте технология соединения. Давно ведутся разработки мощных диодных лазеров. Согласно проектам, он должен обладать высоким КПД, компактными размерами и небольшим весом. Интересным направлением развития является гибридная сварка – комбинация дуговой и лазерной технологий.

Последним, относительно новым, изобретением является сварка трением с перемешиванием – разработка Института сварки Великобритании (1991). В основе разработки лежит технология соединения трением, которая была опробована еще 1956 г.