Три найважливіші процеси

MIG, TIG і Stick

Існують десятки процесів зварювання, але три панують у ремеслі. Кожен має свої переваги і компроміси.

MIG (GMAW — Gas Metal Arc Welding) — Процес подачі дроту. Машина подає котушку наповнювального дроту через пістолет, поки захисний газ (зазвичай суміш аргону та CO2) захищає ванну зварювання від забруднення. MIG швидкий, простий у навчанні й чудово підходить для виробничої роботи з м'яким сталлю та алюмінієм. Це стандартний процес на виробництві та в автомобільних кузовних майстернях.

TIG (GTAW — Gas Tungsten Arc Welding) — Точний процес. Невикористовуваний вольфрамовий електрод створює дугу, а зварювальник вручну подає наповнювальний стрижень іншою рукою. Чистий аргон як захисний газ. TIG виробляє найчистіші та найточніші зварні шви і необхідний для аерокосмічної промисловості, харчової нержавіючої сталі та тонкостінних труб. Це найповільніший із трьох процесів і найскладніший для освоєння.

Stick (SMAW — Shielded Metal Arc Welding) — Універсальний робітник. Покритий флюсом електрод розплавляється і відкладає наповнювальний метал, поки флюс створює власний захисний газ і шлаковий шар. Зовнішній газовий балон не потрібен. Stick працює на вулиці на вітрі та дощі, на іржавому або брудному металі та в тісних місцях. Трубопровідні зварювальники, конструктори з металу та бригади польових ремонтів покладаються на нього.

Правильний процес залежить від металу, з'єднання, навколишнього середовища та стандарту якості.

Вибір правильного процесу

Завод машинобудування отримує три роботи протягом одного тижня. Робота перша — зварювання нержавіючої сталі для харчового переробного заводу — зварні шви повинні бути абсолютно чистими без забруднень. Робота друга — ремонт тріщини в сталевому балці на вуличному мосту в січневому вітрі. Робота третя — зварювання 200 однакових м'яких сталевих кронштейнів на виробничій лінії.

Фізика електричної дуги

Що відбувається, коли ви запалюєте дугу

Зварювальна дуга — це стійкий електричний розряд між електродом і деталлю. Коли ланцюг замикається, струм протікає через газ у зазорі, іонізуючи його в плазму — четвертий стан матерії.

Ця плазма досягає температури від 6000 до 10000 градусів за Фаренгейтом, набагато вище точки плавлення сталі (близько 2500 F). Інтенсивне тепло створює ванну зварювання — невеликий фонтан розплавленого металу на деталі.

Зона, піддана впливу тепла (HAZ) — Область, що оточує ванну зварювання, яка не розплавляється, але нагрівається достатньо, щоб змінити мікроструктуру металу. HAZ може стати крихким або ослабленим, якщо зварювальник прикладає занадто багато тепла або рухається занадто повільно. Контроль теплового внеску — один із найважливіших навичок зварювання.

Захисний газ — Розплавлений метал жорстко реагує з киснем та азотом у повітрі. Окиснення створює пористість (крихітні пузирчики газу, захоплені в зварному шві) та послаблює з'єднання. Захисний газ — аргон, CO2 або суміш — витісняє атмосферу навколо ванни зварювання, зберігаючи її чистою.

Без захисту ванна зварювання поглинає атмосферні гази, і виниклий зварний шов порожнистий, крихкий та конструктивно безцінний. Кожен процес зварювання має якусь форму захисту — зовнішній газ у MIG та TIG, покриття флюсом у Stick.

Чому захист важливий

Зварювальник запускає MIG на м'яку сталеву пластину на вулиці. Сильний поривень вітру дує на робочу зону. Дуга виглядає нормально, але коли зварювальник відбиває брізги та інспектує валик, він повний крихітних отворів і виглядає грубим та порожнистим.

Контроль тепла

Два зварювальники запускають те саме з'єднання на однакових сталевих пластинах. Зварювальник А рухається швидко з помірною силою струму. Зварювальник Б рухається повільно з високою силою струму, прикладаючи набагато більше тепла до металу.

Обидва зварні шви виглядають прийнятно на поверхні, але пластина зварювальника Б деформована та вигнута, а метал поруч із швом мають колір ушкодження та крихкий.

П'ять основних типів з'єднань

Як металеві шматки з'єднуються разом

Кожне зварене з'єднання починається з того, як шматки розташовані один щодо одного. Є п'ять основних конфігурацій з'єднання.

Стикове з'єднання — Два шматки розташовані край до краю в одній площині. Використовується для пластин та труб. Найпоширеніше з'єднання в конструктивних та напірних роботах. Часто вимагає скосу (шліфування кута на краях), щоб забезпечити повне проплавлення товстого матеріалу.

Нахльостувальне з'єднання — Два шматки перекриваються. Просте, міцне при зсуві, поширене у листовому металі та ремонті автомобільних кузовів.

Т-подібне з'єднання — Один шматок встановлюється перпендикулярно іншому, утворюючи Т-подібну форму. Зварний шов зазвичай є кутовим швом в перетині.

Кутове з'єднання — Два шматки з'єднуються під прямим кутом вздовж їхніх країв, утворюючи Г-подібну форму. Використовується в каркасах, коробках та корпусах.

Крайове з'єднання — Два шматки встановлюються паралельно з вирівняними краями. Використовується головно для тонкого листового металу та низьконапорних застосувань.

Кутові зварні шви — трикутні зварні шви, відкладені у внутрішньому куті Т-подібного, нахльостувального чи кутового з'єднання. Канавкові зварні шви заповнюють підготовану канавку (скіс) між двома шматками в стиковому з'єднанні.

Зварювальні символи на кресленнях точно розповідають зварювальнику, який тип шва робити, його розмір, довжину та місцезнаходження. Базовий символ розташований на лінії виносу зі стрілкою, що вказує на з'єднання. Символ типу шва розташовується на лінії виносу — під лінією означає зварювання на стороні стрілки, вище лінії означає зварювання на іншій стороні.

Читання кресленика

Конструктор надсилає вам креслення для ремонту сталевого поручня. Чотири ноги, виготовлені з квадратної труби, повинні бути приварені до плоскої верхньої пластини. З'єднання, де ноги зустрічаються з нижньою частиною пластини, будуть нести повну вагу всього, що розміщено на столі.

Небезпеки зварювання та захист

Обов'язкові правила

Зварювання створює небезпеки, які можуть спричинити постійні травми або смерть. Безпека не є опціональною — це перша навичка, яку опановує кожен професійний зварювальник.

УФ та інфрачервоне випромінювання — Дуга випромінює інтенсивне ультрафіолетове світло, яке викликає запалення дуги (фотокератит), яке відчувається як пісок у очах і може спричинити тимчасову сліпоту. Тривала експозиція викликає опіки шкіри, подібні до сильного сонячного опіку. Правильна зварювальна маска з правильною щільністю лінзи (щільність 10-13 для дугового зварювання) є обов'язковою. Автоматичні маски затемнення змінюють світлу щільність на щільність зварювання за мілісекунди, коли дуга запалюється.

Пари та вентиляція — Зварювання випаровує метал, флюс та покриття, виробляючи пари, які містять манган, хром, цинк та інші токсичні сполуки. Оцинкована сталь (покрита цинком) виробляє пари оксиду цинку, які викликають гарячку від металевих парів — симптоми грипу, які розвиваються через години після експозиції. Пари нержавіючої сталі містять шестивалентний хром, відомий канцероген. Необхідна адекватна вентиляція, видалення парів або респіратор.

Електричні небезпеки — Зварювальні машини подають високий струм при відносно низькій напрузі, але напруга розімкнутого кола (зазвичай 60-80 вольт) може спричинити смертельний удар у вологих умовах. Ніколи не зварюйте у стоячій воді. Перевіряйте кабелі та з'єднання на предмет пошкоджень. Завжди правильно заземлюйте деталь.

Пожежа та опіки — Брізги та розплавлений метал розлітаються на відстань до 35 футів. Очистіть зону від легкозаймистих матеріалів. Носіть вогнетривку одяг, шкіряні рукавиці та шкіряні черевики. Спостерігач за пожежею необхідний, коли зварювання проводиться поблизу легкозаймистих матеріалів.

Резюме ЛЗ: зварювальна маска (правильна щільність), захисні окуляри під маскою, шкіряні рукавиці, вогнетривка куртка чи рукави, шкіряні черевики, захист слуху в замкнутих просторах та респіратор, коли вентиляція недостатня.

Рішення щодо безпеки

Ви прибувають на робочий майданчик, щоб відремонтувати сталевий поручень усередині невеликої механічної кімнати. Кімната не має вікон і має одні двері. В куті, близько 10 футів від місця зварювання, зберігаються картонні коробки та олійні тряпки. На підлозі є деякі калюжі від недавнього витікання труб.

Куди вас займе зварювання

Кар'єри зварювальників та сертифікація

Зварювання — це не одна кар'єра — це платформа, яка відкриває двері до десятків спеціалізацій, багато з яких високооплачувані та постійно затребувані.

Трубопровідний зварювальник — З'єднує секції нафтопроводів, газопроводів та водопроводів у польових умовах. Часто Stick або низхідне зварювання на чорному сталевому трубопроводі. Трубопровідні зварювальники постійно подорожують і отримують премій-зарплату. Кваліфікований трубопровідний зварювальник може заробити понад 100 000 доларів на рік.

Підводний зварювальник (гіпербаричний зварювальник) — Зварює на морських платформах, корпусах кораблів та підводній інфраструктурі. Поєднує сертифікацію комерційного водолаза з навичками зварювання. Одна з найвисокооплачуваніших та найнебезпечніших спеціалізацій у зварюванні.

Аерокосмічний зварювальник — TIG зварювання на екзотичних сплавах, таких як титан, Inconel та алюміній-литій для літаків та космічних апаратів. Екстремальні стандарти точності та чистоти. Кожен шов інспектується та документується.

Конструктор-зварювальник з металу — Зварює конструктивну сталь на будівлях, мостах та важкому обладнанні. Часто працює на висоті на балкових з'єднаннях.

Сертифікація — Американське товариство зварювання (AWS) проводить тести кваліфікації зварювальників. Найпоширеніший — сертифікація за кодексом конструктивного зварювання AWS D1.1. Здача тесту сертифікації означає, що ви приварили зразок для тестування, який був згинаний або рентгенографований та пройшов інспекцію. Сертифікати специфічні для процесу, позиції та матеріалу — сертифікат для MIG на пластині не охоплює TIG на трубі.

Початок роботи — Програми зварювання коледжу громади (6 місяців до 2 років), програми технічної школи та зв'язкові учнівства (зазвичай 3-5 років з оплачуваним навчанням на місці роботи) — основні точки входу. Учнівства поєднують класне навчання з практичним зварюванням під керівництвом майстра.

Планування вашого шляху

Зв'яжіть зварювання зі своїм майбутнім

Ви тепер знаєте основні процеси зварювання, фізику дуги, як конструюються з'єднання та дисципліну безпеки, яку вимагає ремесло.