Дуговая сварка (MIG/MAG, TIG, ручная дуговая)

Плавление: электрическая дуга плавит кромки и, как правило, присадку

Дуговая сварка соединяет металлические детали: электрическая дуга расплавляет их кромки, металл сливается и застывает как единое целое. Это самый распространённый способ соединять сталь — от велосипедных рам и прицепов до мостов и кораблей. Другие методы сварки плавлением в этой главе развивают ту же идею: расплавить, смешать, застудить.

Фото: William M. Plate Jr., Public domain, через Wikimedia Commons

Дуговая сварка · MIG/MAG сбоку со вставками TIG и ручной дуговойЦифры в кружках соответствуют шагам ниже. Два блока справа показывают, как TIG и ручная дуговая сварка меняют шаги 4 и 5.

Дуговая сварка (MIG/MAG, TIG, ручная дуговая) за минуту от MecMade

Как это работает

Замкнуть цепь. Источник питания подаёт ток по кабелю к горелке, а зажим «массы» на изделии возвращает его обратно. Типичные режимы: от десятков до нескольких сотен ампер при напряжении всего около 10–35 вольт.
Зажечь дугу. Когда проволока касается металла и отходит назад, возникает электрическая дуга (непрерывная искра в горячем, проводящем ток газе). Её температура достигает нескольких тысяч градусов Цельсия.
Расплавить ванну. Дуга плавит кромки обеих деталей в одну небольшую лужицу жидкого металла — сварочную ванну. Для сравнения: сталь плавится примерно при 1 500 °C.
Подать присадку. При MIG/MAG мотор непрерывно подаёт тонкую проволоку через горелку. Её конец плавится в дуге и стекает в ванну, добавляя металл для заполнения шва.
Защитить ванну. Газ, идущий из сопла, вытесняет воздух. Без него кислород и азот вызвали бы пористость (застрявшие пузырьки газа) и хрупкие швы.
Двигаться и застыть. Сварщик или робот ведёт горелку вдоль стыка. Позади ванна застывает в валик (выпуклый гребень наплавленного металла), который составляет одно целое с обеими деталями.

Три варианта, один принцип. MIG/MAG (металл в инертном / активном газе) автоматически подаёт проволоку под аргоном или смесью аргона и CO₂. TIG (вольфрам в инертном газе) использует вольфрамовый электрод, который не плавится, а сварщик вводит в ванну отдельный присадочный пруток. Ручная дуговая сварка использует электрод с покрытием из флюса (химического порошка), который сгорает и создаёт собственный защитный газ и корку — шлак.

Ключевые факты

Материалы: Углеродистые и нержавеющие стали (все три варианта); алюминий, титан, медные и никелевые сплавы — в основном TIG или MIG
Типичные детали: Стальные рамы, шасси автомобилей, трубы, резервуары, корпуса судов, мосты, велосипедные рамы
Размер детали: От листа толщиной около 0,5–1 мм (TIG) до плит более 100 мм (много проходов); сборки любого размера
Точность: Около ±1 мм на сварной сборке; главное ограничение — тепловая деформация, поэтому точные поверхности потом обрабатывают резанием
Качество поверхности: Выпуклый валик с рябью; брызги (MIG) или шлак (ручная дуговая) нужно счищать; при необходимости зачищают заподлицо
Подходящая партия: От единичных изделий и ремонта до массового производства с роботами
Стоимость оснастки и оборудования: От нескольких сотен до нескольких тысяч долларов за ручной комплект; около 100 000 долларов и более за роботизированную ячейку
Скорость: Обычно 0,1–0,5 м шва в минуту вручную; TIG медленнее всех, роботы быстрее всех

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Соединяет почти любую сталь, а TIG — и большинство других металлов
Недорогое переносное оборудование; ручной дуговой сваркой можно работать на улице и на ветру
Хороший шов может быть так же прочен, как соединяемые детали
Подходит для любого масштаба — от велосипедных рам до кораблей

Ограничения

Тепло коробит тонкие детали и меняет металл рядом со швом (зона термического влияния)
Качество зависит от мастерства сварщика или от хорошо настроенного робота
Дым, интенсивный ультрафиолет и брызги требуют вентиляции и защитной экипировки
Скрытые дефекты (пористость, трещины, непровар) на ответственных деталях нужно выявлять контролем

Где применяется

СтроительствоСтальные балки, колонны, мостовые фермы
АвтомобилестроениеШасси, рычаги подвески, выхлопные системы (роботизированная MIG)
ЭнергетикаТрубопроводы, сосуды под давлением, секции башен ветрогенераторов
СудостроениеЛисты обшивки, палубы и шпангоуты
Авиация и пищевое оборудованиеТонкие детали из нержавеющей стали и алюминия (TIG)
Ремонт и сельское хозяйствоПолевой ремонт техники ручной дуговой сваркой

Как узнать процесс

Выпуклый валик вдоль стыка с мелкой рябью в форме полумесяцев; аккуратные швы TIG похожи на ряд сложенных монет.
Крошечные металлические шарики (брызги), прилипшие рядом со швами MIG.
Соломенные, синие или радужные цвета побежалости на нержавеющей стали рядом со швом.
Более грубые валики с остатками стекловидного шлака на швах ручной дуговой сварки.

Сравните с

Контактная точечная сварка7.2зажимает листы внахлёст и сваривает их в точках током и давлением; ни дуги, ни присадки, доля секунды на точку.Лазерная сварка7.4сфокусированный луч даёт узкие глубокие швы с намного меньшим нагревом и деформацией, но оборудование стоит гораздо дороже.Пайка твёрдыми и мягкими припоями7.3детали не плавятся; в зазор затекает более легкоплавкий припой, поэтому соединения слабее, но тепловое повреждение невелико.

Смотрите

TimWelds · Чем отличаются варианты — рядом друг с другом

Miller Welders · Горелка MIG, подача проволоки и сварочная ванна крупным планом

DIY PRO · Вольфрам, присадочный пруток и дуга крупным планом

FANUC America · Роботы сваривают крупную деталь в заводской ячейке

Смотреть реальные фото

Википедия: дуговая сварка — обзор с фотографиями сварщиков, горелок и валиков
Википедия: сварка плавящимся электродом в защитном газе — горелки MIG/MAG, установки и крупные планы швов
Википедия: сварка вольфрамовым электродом в инертном газе — горелки TIG, вольфрамовые электроды и фото дуги
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Электрическая дуга плавит обе кромки, как правило вместе с присадкой, в одну ванну, которая застывает и становится соединением.
Защитный газ или флюс не пускает воздух к горячему металлу; без него швы становятся пористыми и хрупкими.
MIG/MAG быстрая и простая, TIG медленная и точная, ручная дуговая — выносливая и переносная.