Три основных процесса

MIG, TIG и ручная сварка

Существует десятки процессов сварки, но три доминируют в профессии. Каждый имеет свои сильные стороны и компромиссы.

MIG (GMAW — газовая дуговая сварка металлом) — процесс с подачей проволоки. Машина подает катушку с присадочной проволокой через пистолет, а защитный газ (обычно смесь аргона и CO2) защищает сварочную ванну от загрязнения. MIG быстрая, легко учится, идеальна для массового производства на мягкой стали и алюминии. Это основной процесс на производстве и в автомастерских.

TIG (GTAW — газовая дуговая сварка вольфрамом) — процесс прецизионной сварки. Неплавящийся вольфрамовый электрод создает дугу, а сварщик вручную подает присадочный пруток другой рукой. Чистый аргоновый защитный газ. TIG производит самые чистые и точные сварные швы и обязателен для авиакосмоса, пищевого оборудования и тонкостенных труб. Это самый медленный из трех процессов и самый сложный для освоения.

Ручная сварка (SMAW — экранированная дуговая сварка металлом) — рабочая лошадка. Покрытый флюсом электрод плавится и наносит присадочный металл, в то время как флюс создает свой собственный защитный газ и шлаковый слой. Не нужен внешний баллон газа. Ручная сварка работает на открытом воздухе при ветре и дожде, на заржавевшем или грязном металле, в тесных местах. Трубопроводчики, конструкторы и бригады полевого ремонта полагаются на нее.

Правильный процесс зависит от металла, соединения, окружения и стандарта качества.

Выбор правильного процесса

Фабрика получает три заказа на неделю. Первый — сварка трубок из нержавеющей стали для пищевого производства — сварные швы должны быть идеально чистыми без загрязнений. Второй — ремонт треснувшей стальной балки на уличном мосту в январский ветер. Третий — сварка 200 одинаковых мягких стальных кронштейнов на конвейере.

Физика электрической дуги

Что происходит при возникновении дуги

Сварочная дуга — это устойчивый электрический разряд между электродом и заготовкой. Когда цепь замыкается, ток течет через газ в зазоре, ионизируя его в плазму — четвертое состояние материи.

Эта плазма достигает температур от 6000 до 10000 градусов по Фаренгейту, намного выше температуры плавления стали (около 2500 F). Интенсивная жара создает сварочную ванну — небольшую лужицу расплавленного металла на заготовке.

Зона термического влияния (ЗТВ) — область вокруг сварочной ванны, которая не плавится, но нагревается достаточно, чтобы изменить микроструктуру металла. ЗТВ может стать хрупкой или ослабленной, если сварщик применит слишком много тепла или движется слишком медленно. Контроль тепловвода — один из самых важных навыков в сварке.

Защитный газ — расплавленный металл бурно реагирует с кислородом и азотом в воздухе. Окисление создает пористость (маленькие пузырьки газа, застрявшие в сварке) и ослабляет соединение. Защитный газ — аргон, CO2 или смесь — вытесняет атмосферу вокруг сварочной ванны, сохраняя ее чистотой.

Без защиты сварочная ванна поглощает атмосферные газы, и в результате сварка получается пористой, хрупкой и конструктивно бесполезной. Каждый процесс сварки имеет какую-то форму защиты — внешний газ в MIG и TIG, флюсовое покрытие в ручной сварке.

Почему защита важна

Сварщик ведет MIG на мягкой стальной пластине на открытом воздухе. Сильный порыв ветра дует на место работы. Дуга выглядит нормальной, но когда сварщик очищает брызги и осматривает валик, он полон маленьких отверстий и выглядит шероховатым и пористым.

Контроль тепла

Два сварщика ведут одинаковое соединение на идентичных стальных пластинах. Сварщик A движется быстро с умеренной силой тока. Сварщик B движется медленно с высокой силой тока, вводя намного больше тепла в металл.

Обе сварки выглядят приемлемо с поверхности, но пластина сварщика B деформирована и согнута, а металл рядом со сваркой обесцвечен и хрупок.

Пять основных типов соединений

Как куски металла соединяются вместе

Каждое сварное соединение начинается с того, как куски расположены относительно друг друга. Есть пять основных конфигураций соединений.

Стыковое соединение — два куска размещены край к краю в одной плоскости. Используется для пластин и труб. Самое распространенное соединение в конструктивной и сосудной работе. Часто требует скоса (шлифовка угла на краях) для полного проплавления на толстом материале.

Нахлесточное соединение — два куска перекрываются. Простое, прочное на сдвиг, распространено в листовом металле и кузовных работах.

Тавровое соединение — один кусок установлен перпендикулярно другому, образуя Т-образную форму. Сварка обычно представляет собой угловой валик на пересечении.

Угловое соединение — два куска встречаются под прямым углом по их краям, образуя L. Используется в каркасах, коробках и корпусах.

Граневое соединение — два куска установлены параллельно с выровненными краями. В основном используется для тонкого листового металла и малонагруженных приложений.

Угловые валики — треугольные сварные валики, наносимые во внутренний угол Т-образного, нахлесточного или углового соединения. Проточные сварки заполняют подготовленную канавку (скос) между двумя кусками в стыковом соединении.

Символы сварки на чертежах точно указывают сварщику, какой тип сварки делать, его размер, длину и расположение. Базовый символ размещается на линии ссылки со стрелкой, указывающей на соединение. Символ типа сварки идет на линии ссылки — ниже линии означает сварку на стороне стрелки, выше линии означает сварку на другой стороне.

Чтение работы

Конструктор отправляет вам чертеж для сварки перил лестницы из стали. Четыре ноги из профильной трубы должны быть сварены к плоской верхней пластине. Соединения, где ноги встречаются с нижней частью пластины, будут нести полный вес всего, что положат на стол.

Опасности сварки и защита

Обязательные требования

Сварка создает опасности, которые могут вызвать постоянные травмы или смерть. Безопасность не опциональна — это первый навык, который осваивает каждый профессиональный сварщик.

УФ и инфракрасное излучение — дуга излучает интенсивный ультрафиолетовый свет, вызывающий электроофтальмию (фотокератит), который ощущается как песок в глазах и может вызвать временную слепоту. Длительное воздействие вызывает ожоги кожи, похожие на серьезный солнечный ожог. Правильный сварочный щиток с правильным оттенком линзы (оттенок 10-13 для дуговой сварки) обязателен. Автоматические щитки переключаются из светлого оттенка в сварочный за миллисекунды при возникновении дуги.

Дымы и вентиляция — сварка испаряет металл, флюс и покрытия, производя дымы, содержащие марганец, хром, цинк и другие токсичные соединения. Оцинкованная сталь (с цинковым покрытием) производит дымы оксида цинка, вызывающие металлическую лихорадку — симптомы, похожие на грипп, появляющиеся часов через несколько после воздействия. Дымы нержавеющей стали содержат шестивалентный хром, известный канцероген. Требуется адекватная вентиляция, извлечение дымов или респиратор.

Электрические опасности — сварочные машины доставляют высокий ток при относительно низком напряжении, но напряжение холостого хода (обычно 60-80 вольт) может доставить смертельный удар во влажных условиях. Никогда не варите в стоячей воде. Проверьте кабели и соединения на повреждения. Всегда правильно заземляйте заготовку.

Пожар и ожоги — искры и расплавленный металл летят на расстояние до 35 футов. Очистите площадь от легковоспламеняющихся материалов. Носите огнестойкую одежду, кожаные перчатки и кожаные ботинки. Требуется наблюдатель за пожаром при сварке рядом с горючими материалами.

Резюме СИЗ: сварочный щиток (правильный оттенок), защитные очки под щитком, кожаные перчатки, огнестойкая куртка или рукава, кожаные ботинки, защита ушей в закрытых помещениях и респиратор, когда вентиляция недостаточна.

Решения по безопасности

Вы приезжаете на стройплощадку для сварки ремонта стального перила в маленькой механической комнате. Комната не имеет окон и одну дверь. Картонные коробки и масляные тряпки хранятся в углу примерно в 10 футов от места сварки. На полу есть лужи от недавней утечки трубы.

Где вас берет сварка

Сварочные карьеры и сертификация

Сварка — это не одна карьера — это платформа, которая открывает двери для десятков специализаций, многие из них высокооплачиваемые и в постоянном спросе.

Трубопроводчик — соединяет участки трубопроводов нефти, газа и воды в полевых условиях. Часто ручная сварка или сварка вниз по склону на трубах из углеродистой стали. Трубопроводчики постоянно путешествуют и получают надбавки. Квалифицированный трубопроводчик может зарабатывать более 100 000 долларов в год.

Подводный сварщик (гипербарический сварщик) — варит на морских платформах, корпусах кораблей и подводной инфраструктуре. Объединяет сертификацию коммерческого дайвера с навыками сварки. Одна из самых высокооплачиваемых и опасных специализаций сварки.

Авиакосмический сварщик — TIG сварка на экзотических сплавах, таких как титан, Inconel и алюминиево-литиевые для самолетов и космических аппаратов. Экстремальные стандарты точности и чистоты. Каждый валик проверяется и документируется.

Конструкционный сварщик — варит конструкционную сталь на зданиях, мостах и тяжелом оборудовании. Часто работает на высоте на балочных соединениях.

Сертификация — Американское общество сварщиков (AWS) проводит экзамены по квалификации сварщиков. Самый распространенный — сертификация по коду AWS D1.1 по конструкционной сварке. Прохождение экзамена по сертификации означает, что вы сварили пробную деталь, которая была согнута или просвечена рентгеном и прошла проверку. Сертификаты специфичны для процесса, положения и материала — сертификат для MIG на пластине не охватывает TIG на трубе.

Первые шаги — программы сварки в муниципальных колледжах (6 месяцев до 2 лет), программы в школах мастерства и профсоюзные ученичества (обычно 3-5 лет с оплачиваемым обучением на работе) — основные точки входа. Ученичество объединяет аудиторное обучение с реальной сваркой под руководством мастера.

Планирование вашего пути

Свяжите сварку со своим будущим

Вы теперь знаете основные процессы сварки, физику дуги, как проектируются соединения и дисциплину безопасности, которую требует эта профессия.