Виды сварки металлов: ММА, MIG/MAG, TIG и лазерная — сравнение

Как называются процессы

В спецификациях и технологических картах способ сварки обозначают номером по ГОСТ Р ИСО 4063. Номер стоит выучить: в чертеже и в протоколе аттестации сварщика пишут именно его, а не «полуавтомат» или «аргон».

Четыре процесса в двух словах

Сравнение по главным параметрам

Свойства процессов сведены по справочным статьям Википедии о каждом способе. Цифра про 25 % — так называемый коэффициент оператора для ММА, а в остальное время сварщик меняет электроды и отбивает шлак.

Почему одни швы ведёт, а другие нет

Деформация после сварки зависит от того, сколько тепла ушло в металл на каждый миллиметр шва. Его считают как погонную энергию:

Q = k × U × I × 60 ÷ (v × 1000), кДж/мм

где U — напряжение дуги, В; I — ток, А; v — скорость сварки, мм/мин; k — тепловой КПД процесса. Для TIG его принимают равным 0,6, для ММА и MIG/MAG — 0,8.

Из формулы видно, что TIG греет металл с меньшим КПД, но идёт медленно, поэтому на миллиметр шва тепла может прийти не меньше, чем от полуавтомата. Например, при условных 120 А, 12 В и 100 мм/мин TIG даст около 0,52 кДж/мм, а MAG при 200 А, 22 В и 300 мм/мин — около 0,70 кДж/мм. Разница меньше, чем кажется по размеру дуги. Лазер выигрывает за счёт скорости и узкого пятна: тепло не успевает растечься по листу, и зона нагрева получается узкой.

ММА: когда нужна простота

Электродом варят там, где нет цеха: монтаж металлоконструкций, ремонт техники, трубопроводы в поле, стройка. Аппарату не нужен баллон, а шлак и газ от покрытия защищают шов даже на ветру. Под разные стали есть свои электроды, в том числе для нержавейки и чугуна.

Минусы проявляются в серии. Электрод короткий, его постоянно меняют, а шов после каждого прохода очищают от шлака. Тонкий металл тоньше 1,5 мм электродом варить трудно: прожоги появляются раньше, чем ванна успевает сформироваться.

MIG/MAG: основной цеховой процесс

Полуавтомат — самый распространённый промышленный способ дуговой сварки. Проволока диаметром от 0,7 до 2,4 мм подаётся без остановок, сварщик ведёт горелку и не отвлекается на смену электрода. На стали в качестве защитного газа используют углекислый газ или смеси аргона с CO2 в пропорциях от 75/25 до 90/10. Для нержавейки добавляют до 5 % кислорода к аргону, алюминий варят в чистом аргоне.

Режим переноса металла выбирают по толщине. Короткими замыканиями при токе 100–200 А варят тонкий лист и швы в любом положении. Струйный перенос даёт высокую производительность, но его применяют на металле толще примерно 6 мм. Импульсные источники дают струйный перенос при меньшем среднем токе, и на них можно варить алюминий тоньше, чем обычным полуавтоматом.

Настраивают полуавтомат так: ток задаёт скорость подачи проволоки, напряжение определяет длину дуги, а на правильном режиме дуга горит с ровным шипящим звуком. Расход газа проверяют ротаметром на горелке, а не манометром на редукторе: слишком большой поток даёт турбулентность, и воздух подсасывается в ванну. Чистый аргон на обычной стали не годится, нужны углекислота или смесь аргона с CO2, а сплошную проволоку варят с плюсом на горелке.

Слабое место MIG/MAG — газовая защита. Сквозняк в цехе или ветер на улице сдувает газ, и в шве появляются поры. Для улицы используют порошковую проволоку или электроды.

TIG: когда шов должен быть идеальным

Аргонодуговая сварка — метод для нержавейки, алюминия, магния, меди и титана, тонкостенных труб и корневых проходов на ответственных трубопроводах. Электрод не плавится, присадка подаётся отдельно, поэтому сварщик раздельно управляет нагревом и наплавкой. Шов получается чистым, без брызг и шлака.

Алюминий и магний варят переменным током: в полупериоде обратной полярности дуга разрушает оксидную плёнку на поверхности. Например, алюминиевый сплав АМг6 хорошо сваривается и TIG, и MIG. А вот Д16Т дуговой сваркой не варят: шов получается хрупким и склонным к трещинам, поэтому детали из него соединяют заклёпками и винтами, а для сварных конструкций выбирают АМг6.

Присадку к алюминию берут по сплаву: ER4043 подходит для кремнистых и литейных сплавов, ER5356 для магниевых вроде АМг6. Кромки зачищают до блеска и обезжиривают, массивные детали подогревают, а вольфрамовый электрод после работы по алюминию перетачивают.

Вольфрамовые электроды бывают торированные, цериевые и лантанированные. Торированные хорошо держат дугу, но слабо радиоактивны, поэтому их всё чаще заменяют цериевыми и лантанированными.

Лазерная сварка: скорость и минимум поводки

Лазер плавит металл в узком канале, поэтому шов получается глубоким и узким, а лист прогревается слабо. На серийных изделиях из тонкого листа это даёт два выигрыша: высокую скорость и детали, которые после сварки не нужно править. Лазерные головы легко ставятся на робота, а благодаря ручным аппаратам процесс применяют и без автоматизации. Такие выпускают, например, Wattsan (серия G2 на 1,5 и 3 кВт) и Zerder (S на 1,5 кВт).

Ограничения тоже есть. Лазер требует точной сборки: зазор, который сварщик TIG заполнит прутком, лазер без проволоки не перекроет. На высокоуглеродистых сталях быстрое охлаждение повышает риск трещин. Излучение волоконного лазера невидимо и опасно для глаз даже в отражённом виде, поэтому участок нужно огораживать. Подробно о ручных лазерных аппаратах, толщинах за проход и цене — в отдельном сравнении с TIG и MIG.

Какой процесс под какой металл

Сварка закалённых деталей отдельная тема: тепло дуги отпускает металл рядом со швом, и твёрдость там падает. Порядок операций для деталей, которые и закаливают, и сваривают, разобран в статье о закалке, отпуске и цементации.

Как выбрать способ

Если выбор пал на ручной лазерный аппарат, в него входит и сервис: пусконаладка, обучение сварщика режимам и безопасности, запчасти для головы и источника. Это делают продавцы со своими инженерами, вроде Lasercut, давно работающей на рынке.