Сварка в строительстве

Введение

Строительство — это сложный, многогранный процесс, в котором используются самые разные технологии. Сварка — одна из таких востребованных и незаменимых технологий. С течением времени этот процесс усовершенствовался, появились новые, более функциональные аппараты. Качество электродов постоянно возрастает, особенно если иметь в виду сварочные электроды, которые отличаются разнообразием и качеством. Для масштабного и менее крупного процесса строительства сварка просто незаменима, потому что только она позволяет качественно и надежно соединить различные элементы в готовые конструкции. Одним из самых востребованных видов сварки является ручная электродуговая.
Для сварки конструкций из алюминиевых сплавов в основном применяют электродуговую сварку. Ее можно выполнять как плавящимися электродами из алюминиевой проволоки так и неплавящимися вольфрамовыми электродами.


Сварка в строительстве. Определение

Сварка является ведущим технологическим процессом при изготовлении и монтаже строительных конструкций. Сварка-это технологический процесс получения неразъемных соединений металлических элементов конструкций при нагревании или пластическом деформировании. Соединения при сварке осуществляют за счет установления межатомных связей между свариваемыми частицами металла. Сварка является высокопроизводительным технологическим процессом, благодаря своей простате находит широкое применение в строительстве. Сварка является экономически выгодным процессом, например, при замене клепаных или болтовых конструкций на сварные соединения экономия металлов составляет 20-25%, а при замене литых деталей сварными – около 50%.


2.Классификация способов сварки

Cпособы сварки можно квалифицировать по двум основным признакам: − по состоянию металла в сварочной ванне и по виду энергии для нагрева металла.
По состоянию металла в сварочной ванне различают: − сварку плавлением; − сварку давлением.
Сварку плавлением осуществляют нагревом кромок соединяемых частей металла и электродного металла до расплавленного состояния с образованием общей ванны жидкого металла. При кристаллизации (затвердении) расплавленный металл сварочной ванны образует прочное соединение, имеющее единую структуру. Основными источниками тепла являются электрическая дуга, газовое пламя, лучевые и плазменные источники. Классификация основных способов сварки плавлением представлена на рис.1.[2]


Рис. 1. - Классификация основных способов сварки плавлением

Сварку давлением осуществляют с использованием механической энергии и давления. Сварка давлением использует пластические свойства материала соединяемых деталей, при этом нагрев играет второстепенную роль или совсем не применяется. Соединение элементов осуществляется под действием механического усилия, вызывающего пластическую деформацию в зоне их контакта. Классификация основных способов сварки давлением представлена на рис.2.


Рис.2. - Классификация основных способов сварки давлением

По виду энергии для нагрева металла различают [2]:
− электрическую сварку (дуговую, электрошлаковую, контактную, импульсную и др.).
− холодную сварку (только осадочным давлением); − механическую сварку (сварку трением);
− химическую сварку (горновую, газовую, термитную).

Для сварки элементов больших толщин (более 25 мм) применяют бездуговую, так называемую электрошлаковую сварку! Электроды опускают в расплавленный флюс (шлак), и электрический ток, проходя через расплавленный флюс, выделяет тепло для плавления основного и ' электродного металла. Качество сварного шва при этом виде сварки очень высокое [4].
Однако при изготовлении и монтаже строительных металлических конструкций в основном применяют электродуговую сварку плавящимся электродом.


3.Электродуговая сварка

Однако при изготовлении и монтаже строительных металлических конструкций в основном применяют электродуговую сварку плавящимся электродом.
Сваркой плавящимся электродом называют сварку, при которой заполнение шва происходит за счет расплавления электрода или сварочной проволоки.
Электродуговая сварка - самый старый и в то же время самый универсальный из всех видов сварочных работ. При её использовании применяют сварочные электроды различной толщины с специальным покрытием, которое предохраняет область сварки от попадания атмосферных газов. Их покрытие и толщина подбираются соответственно свариваемым металлическим конструкциям. Чаще всего используется толщина электродов: от 3 до 6 мм, а покрытия отличаются по составу.
Источником тепла при электродуговой сварке является электрическая дуга. Ее температура достигает 6000° С. Концы изделия и электрода плавятся, из расплавленного металла электрода образуется сварной шов; В некоторых случаях, например при сварке алюминиевых конструкций, применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды [4].
Дуговую сварку можно осуществлять голыми электродами в струе инертного газа (углекислого газа или аргона)

. Газ поступает в специальную горелку, из которой подается в зону плавящегося электрода и защищает дугу от доступа кислорода из воздуха. Сварка в струе углекислого газа позволяет получить сварной шов высокой прочности.
Так как важнейшим элементом сварки является напряжение тока, сварочные трансформаторы приобретают большую важность, так как  благодаря им и возможно создать необходимую сварочную дугу. Покупая электроды для сварки необходимо учитывать состав и толщину металлов, а также длину дуги. Требуется обратить внимание и на то, что сварочные материалы обладают характерными свойствами, которые подходят только для определённого вида работ. Для примера, электроды MP-3 наилучшим образом подойдут для проведения сварочных работ на углеродистых сталях [3].
Основные виды электродуговой сварки плавящимся электродом, применяемые в строительстве при изготовлении металлических конструкций [2]:
– ручная дуговая сварка штучными электродами;
– полуавтоматическая сварка (механизированная) в среде углекислого газа;
– автоматическая сварка под флюсом.


При ручной дуговой сварке подачу электродов и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производят вручную, рис.3. Ручная дуговая сварка является одним из самых распространенных видов сварки, отличающихся простотой и мобильностью применяемого оборудования. Ею можно выполнить швы во всех пространственных положениях, недоступных для механизированной и автоматической сварки. Ручной дуговой называют сварку штучными электродами − металлическими стержнями, изготовленными из сварочной про волоки и покрытые обмазкой. Металл шва формируется за счет электродного металла и этим определяется низкая производительность процесса ручной дуговой сварки.

Рис. 3.- Сварочный пост: 1 – свариваемое изделие; 2 – источник питания дуги; 3 – сварочный металлический стол; 4– фильтр для очистки воздуха.


Механизмы зажатия электрода электрододержателя бывают вилочных, пассатижных, защелочных, пружинных, рычажных, эксцентриковых клиновых и других типов.
Современный электрододержатель, разработанный зарубежными фирмами, представлен на рис.4 (фото с выставки).


Рис. 4. - Современный электрододержатель

Основными преимуществами ручной дуговой сварки являются: – простота и мобильность оборудования; – возможность применения сварки на монтаже и в труднодоступных местах, где механизированные и автоматизированные способы сварки не могут быть применены; – экономичность.
Существенными недостатками ручной дуговой сварки являются: Современное международное обозначение ручной дуговой сварки – ММА 44 – низкая производительность процесса; – частые обрывы дуги и вынужденная заварка кратеров из-за замены электродов; – малая глубина проплавления сварных швов; – зависимость качества сварного шва от квалификации сварщика.
При полуавтоматической сварке подача проволоки механизирована, а перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производят вручную. Поэтому этот вид сварки иначе называют механизированной сваркой (рис.5). При полуавтоматической сварке дуга образуется в среде углекислого газа между концом голой проволоки и свариваемым изделием. Горение дуги происходит в среде углекислого газа, который постоянно подается в зону сварки. В процессе сварки вокруг дуги создается оболочка из защитных газов, которая изолирует расплавленный металл шва от кислорода и азота воздуха. В качестве защитного газа можно применять инертные газы аргон или гелий, но они более дорогие. При полуавтоматической сварке в CO2 для удаления кислорода из наплавленного металла, а также для его упрочнения необходимо повышенное количество кремния (С) и марганца (Г). Поэтому при сварке применяют проволоку с повышенным их содержанием − Св08Г2С и другие более прочные проволоки например Св-10ХГ2СМА.


Рис.5.-Технологическое оборудование полуавтоматической сварки в среде защитных газов.

Комплект оборудования для полуавтоматической сварки в CO2 состоит из источника сварочного тока, механизма подачи проволоки с кассетой с проволокой, сварочной горелки (держателя), гибких шлангов и газовой аппаратуры, сварочных проводов и зажимов (рис.6).
Источниками сварочного тока служат сварочные преобразователи или сварочные выпрямители, в том числе электронные источники сварочного тока – инверторы, а также источники питания терристорного типа. Источники сварочного тока могут быть передвижными и стационарными. Они могут быть совмещены с механизмами подачи проволоки и раздельными.

Рис.6.- Комплект оборудования для полуавтоматической сварки: 1 − источник питания 500МАР; 2 − соединительный кабель; 3 − блок подачи проволоки;4 − гибкий шланг со сварочной горелкой.

Основными преимуществами полуавтоматической сварки в среде углекислого газа являются: – высокая производительность труда (в 2-3 раза выше ручной дуговой сварки); Современное международное обозначение полуавтоматической сварки в среде защитных газов MIG / MAG 53 – возможность сварки в различных пространственных положениях, а также сварки на весу без подкладки; – возможность наблюдения за ходом сварки и горением дуги, которая не закрыта флюсом; – отсутствуют необходимость подачи флюса и использования приспособлений для подачи и отсоса флюса, усложняющих сварочное оборудование; – хорошее использование тепла сварочной дуги, вследствие чего обеспечивается высокая производительность и скорость сварки; – высокое качество сварных швов и соединений; – низкая стоимость углекислого газа; – отпадает необходимость в зачистке швов от шлака и остатков флюса, что особенно важно при многослойной сварке; – возможность выполнения швов в труднодоступных местах; – малая зона термического влияния; – хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота воздуха