Подольский ю ф сварочные работы

Обновлено: 04.05.2024

Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка

Составитель Юрий Подольский

Сварка является одним из ведущих технологических процессов изготовления, упрочнения и ремонта строительных конструкций, трубопроводов, машин и механизмов, транспортных средств и прочих промышленных и бытовых изделий. Использование технологических приемов сварки очень эффективно и при резке металлов. Исторически сварка известна человечеству со времен использования меди, серебра, золота и особенно железа, при получении которого выполняли проковку, т. е. сваривание криц (кусочков технически чистого железа). Это и есть первый (и до недавнего времени основной) способ сварки – кузнечная сварка металла.

Газовая сварка появилась в конце XIX века после разработки промышленного способа производства карбида кальция путем спекания кокса с негашеной известью (1893–1895). Из карбида легко получается горючий газ – ацетилен, который и применяется при газовой сварке. Первые газовые горелки появились в 1900 г., а с 1906 г. ацетиленокислородная сварка получила промышленное применение. До 1950 г. газосварка называлась автогенной – по названию процесса автоматической генерации, т. е. получения ацетилена из карбида кальция при взаимодействии с водой в газогенераторе. До настоящего времени она применяется весьма широко как в производстве, так и при ремонте металлоизделий, а в ряде случаев является и единственно возможным способом сварки.

Наиболее же распространена в производстве и в быту электродуговая сварка – отечественное, кстати, изобретение. Впервые электрический дуговой разряд был выявлен профессором физики Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым в 1802 г. Через 80 лет (в 1882 г.) российский инженер Николай Николаевич Бенардос, работая со свинцовыми аккумуляторными батареями, открыл способ сварки неплавящим угольным электродом. Он же освоил технологию сварки свинцовых пластин, разработал способы сварки металла в среде защитного газа и электродуговой резки металла. Бенардос назвал свое изобретение «Электрогефест». В греческой мифологии бог Гефест – покровитель кузнецов, и этим названием ученый объединил наследие античных мастеров кузнечной сварки с новейшими технологическими достижениями и открытиями.

В 1888 г. другой российский инженер Николай Гаврилович Славянов разработал способ сварки плавящим электродом. Дальнейшую работу по разработке сварочных методик Славянов и Бенардос выполняли вместе. С 1890 по 1892 г. по их технологии в Российской империи было отремонтировано с высоким качеством 1631 изделие общим весом свыше 17 тыс. пудов, в основном чугунные и бронзовые детали. Они даже разработали проект ремонта Царь-колокола, но «благодаря» высочайшему запрету это чудо литейного искусства так ни разу и не зазвонило. Известный мостостроитель академик Евгений Оскарович Патон, предвидя огромную роль электросварки в мостостроении и в других отраслях хозяйства, в 1929 г. резко сменил поле своей научной деятельности и организовал в Киеве сначала лабораторию, а позднее первый в мире институт электросварки. Им было разработано и предложено много новых и эффективных технологических процессов электросварки. В годы войны под его руководством были разработаны технология и автоматические стенды для сварки под слоем флюса башен и корпусов танков, самоходных орудий, авиабомб.

В настоящее время широкое развитие получили такие способы сварки, как плазменная и электронно-лучевая, контактная и электрошлаковая, сварка под водой и в космосе, порошковыми материалами и др. Многие из них были разработаны именно в Институте электросварки имени Е. О. Патона.

теории сварочных процессов

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Именно так определяет сварку ГОСТ 2601-84. Это определение относится к металлам, неметаллическим материалам (пластмассы, стекло и т. д.) и к их сочетаниям.

Классификация видов сварки

Сварка металлов, согласно ГОСТ 19521-74, классифицируется по основным физическим, техническим и технологическим признакам.

Физические признаки, в зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, подразделяются на три класса: термический (плавление с использованием тепловой энергии), термомеханический (использование тепловой энергии и давления) и механический (сварка при помощи механической энергии и давления). К техническим признакам относятся: способ защиты металла в сварочной зоне, непрерывность сварки и степень механизации процесса. Технологические признаки установлены для каждого способа сварки отдельно.

сварку взрывом

, при которой атомы свариваемых изделий сближаются за счет энергии, выделяемой при взрыве;

– соединение металлов энергией ультразвуковых колебаний.

содержит больше видов.

Диффузионная сварка

осуществляется за счет взаимного проникновения атомов свариваемых изделий (диффузии) при повышенной температуре в вакуумной установке.

осуществляется благодаря пластическому деформированию свариваемых изделий, предварительно нагретых высокочастотным током, проходящим между ними. При

сближают торцы вращающихся вокруг своих осей заготовок; от трения друг о друга торцы деталей сильно разогреваются, а при остановке вращения под большим давлением образуется качественное неразъемное соединение.

К термомеханическому классу относятся и разновидности

контактной сварки

Стыковую контактную сварку непрерывным оплавлением применяют для соединения заготовок сечением до 0,1 м. Типичными изделиями являются элементы трубчатых конструкций, колеса, рельсы, железобетонная арматура, листы, трубы. Плавление током металла ведется в постоянном или периодическом режиме, одновременно со сближением заготовок, которые в процессе оплавления укорачиваются на заданный припуск. При рельефной контактной сварке на заготовках предварительно создают рельефы – локальные возвышения на поверхности размером несколько миллиметров в диаметре. При контактной сварке таких деталей рельефы расплавляются проходящим через них сварочным током, выдавливаются оксиды и загрязнения.

Ввиду сложной технологии и необходимости использования дорогого оборудования вышеописанные виды сварки получили исключительно промышленное применение. Из видов этого класса в кустарном производстве применяются кузнечная и точечная контактная сварки. При

детали зажимают в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. После этого между электродами начинает протекать большой ток, который разогревает металл деталей в месте их контакта до температур плавления. Затем ток отключается и осуществляется «проковка» за счет увеличения силы сжатия электродов. Металл кристаллизуется при сжатых электродах, образуя сварное соединение[1].

осуществляется за счет возникновения в раскаленном металле межатомных связей при пластическом деформировании ковочным молотом. В настоящее время в промышленности практически не используется, но применяется в мелкосерийном и кустарном производстве[2].

Оборудование и технология контактной сварки будут рассмотрены в разделе «Конструирование любительских сварочных аппаратов».

Кузнечные работы – отдельная обширная тема, которая в объеме данной книги не рассматривается.

Подольский ю ф сварочные работы

Сварочные работы. Практическое пособие

Сост. Ю. Ф. Подольский

Никакая часть данного издания не может быть скопирована или воспроизведена в любой форме без письменного разрешения издательства

Металлы – наиболее распространенные и широко используемые материалы в производстве и в быту человека. Их добыча и обработка возникли очень давно. Сначала человек использовал самородные металлы – золото, серебро, медь. Затем он научился сплавлять их друг с другом. Получение бронзы – прочного и твердого сплава меди с оловом, а позднее и с некоторыми другими элементами – открыло новую эпоху в развитии материальной культуры, называемую бронзовым веком. Позже была освоена выплавка железа, и наступил железный век.

Но если обработка металлов резанием была известна еще в глубокой древности, то обратный процесс сложнее давался человечеству. Только кузнецы высокой квалификации умели соединять два куска железа в единое целое, и лишь у считаных мастеров это получалось качественно.

Одним из революционных прорывов в технологии работы с металлом стало изобретение в XX веке электросварки. Впрочем, о возможности использования «электрических искр» для плавления металлов еще в 1753 г. говорил академик Российской академии наук Г. В. Рихман, занимавшийся исследованием атмосферного электричества. В 1802 г. профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии В. В. Петров открыл явление электрической дуги и продемонстрировал возможность ее практического применения. Однако ученым и инженерам потребовались многие годы совместных усилий, направленных на создание источников энергии, необходимых для реализации процесса электрической сварки металлов. Важную роль в этих разработках сыграли открытия и изобретения в области магнетизма и электричества.

В 1882 г. российский инженер Н. Н. Бенардос, работая над созданием аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов.

В 1888 г. российский инженер Н. Г. Славянов предложил проводить сварку плавящимся металлическим электродом. С его именем связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, разработка флюсов, предназначенных для воздействия на состав металла шва, создание первого электрического генератора. Затем, в 1907 г., шведский инженер О. Кьельберг разработал электроды из металлического стержня с нанесенным на него специальным покрытием, обеспечившие значительное повышение качества сварных соединений.

Газовая сварка возникла после разработки в 1893–1895 гг. промышленного способа производства карбида кальция. Из последнего легко получается горючий газ – ацетилен, который имеет преимущественное применение при газовой сварке. Первые газовые горелки для сварки появились в 1900–1902 гг., а промышленное применение ацетиленокислородная сварка получила в 1906 г., когда появились достаточно надежные конструкции ацетиленовых генераторов и инжекторные сварочные горелки.

С первых лет ХХ века сварка начала победное шествие по заводам и мастерским всего мира. Новые технологии сделали волшебство сварного металла всеобщим достоянием. А нынче даже начинающий домашний мастер в состоянии создавать из металла сложные конструкции.

Многие люди знакомы со сваркой лишь заочно, большинство из них видели, как сваривают металлы, но сами ни разу не пробовали. Некоторые варили один-два раза и давно об этом забыли, а кое-кто зарабатывает сваркой на жизнь. Однако время от времени у каждого возникает необходимость использовать сварку в бытовых целях. Да и тем, кто недавно перестал пугаться расплавленного металла, хочется усовершенствовать свои навыки. Этим вопросам и посвящена данная книга.

Основы теории сварочных процессов

Согласно ГОСТ 2601–84, сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Для получения сварных, т. е. полученных с помощью сварки, соединений не требуется применения каких-либо специальных соединительных элементов (заклепок, накладок и т. п.). Сварные соединения применяют для соединения деталей из разных материалов, в том числе неметаллов – пластмасс, керамики, стекла или их сочетаний. Но чаще всего с помощью сварки соединяют металлические детали. Образование неразъемного соединения в них обеспечивается за счет проявления действия внутренних сил системы. Для сварных соединений характерно возникновение металлической связи, обусловленной взаимодействием ионов и обобществленных электронов.

Для соединения двух металлов в единое целое недостаточно простого соприкосновения поверхностей соединяемых деталей. Необходимо настолько сократить расстояние между их атомами, чтобы преодолеть существующий между ними энергетический барьер и чтобы силы взаимного притяжения начали активизироваться. Для этого соединяемые атомы должны получить энергию извне. Благодаря ей атомы получат соответствующее смещение, позволяющее им занять в общей атомной решетке устойчивое положение, т. е. достигнуть равновесия между силами притяжения и отталкивания. Энергию извне называют энергией активации. Ее при сварке вводят путем нагрева (термическая активация) или пластического деформирования (механическая активация). Соприкосновение свариваемых частей и применение энергии активации являются необходимыми условиями для образования неразъемных сварных соединений.

При классификации процессов сварки выделяют три основных физических признака: форму вводимой энергии, наличие давления и вид инструмента – носителя энергии. Остальные признаки условно отнесены к техническим и технологическим. Такая классификация использована в ГОСТ 19521–74. По виду вводимой в изделие энергии все основные сварочные процессы, включая сварку, пайку и резку, разделены на термические (Т), термомеханические, или термопрессовые (ТМ), и механические (М). Т-процессы осуществляются без давления (сварка плавлением), остальные – обычно только с давлением (сварка давлением). Форма энергии, применяемой в источнике энергии для сварки (электрическая, химическая и др.), как классификационный признак в стандарте не использована, так как она характеризует главным образом не процесс, а оборудование для сварки.

Все известные в настоящее время процессы сварки металлов осуществляются за счет введения только двух видов энергии – термической и механической или при их сочетании. Соответственно различают два вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением.

Сварка давлением. Образование сварного соединения при сварке давлением происходит за счет пластического деформирования свариваемых частей без расплавления металла и перехода его в жидкое состояние.

Пластическое деформирование стыка свариваемых кромок производится статической либо ударной нагрузкой, например сваркой взрывом. Для осуществления холодной сварки достаточно применить механическое усилие сжатия. Иногда при сварке давлением применяют местный нагрев. Из рис. 1 видно, что при увеличении температуры нагрева металла для сварки давлением требуются меньшие усилия.

При пластической деформации в зоне свариваемых кромок разрушаются окисные пленки и поверхности сближаются до расстояний возникновения межатомных связей. Зона, где образовались межатомные связи соединяемых частей при сварке давлением, называется зоной соединения.

Характер процесса сварки давлением с нагревом может быть и другим. Например, при контактной стыковой сварке оплавлением свариваемые кромки первоначально оплавляются, а затем пластически деформируются. При этом часть пластически деформированного металла совместно с некоторыми загрязнениями выдавливается наружу, образуя грат.

Сварка плавлением. Сущность сварки плавлением состоит в том, что при температурах выше Тпл (рис. 1) жидкий металл одной оплавленной кромки самопроизвольно соединяется и в какой-то мере перемешивается с жидким металлом второй оплавленной кромки. Так создается общий объем жидкого металла – сварочная ванна. Плавление основного и присадочного материалов в процессе сварки происходит под действием концентрированной энергии, вызванной сварочной дугой, пламенем горелки или каким-либо другим способом. Если в зону сварки не подается дополнительный металл, то сварочная ванна образуется только за счет основного соединения. Но чаще сварочная ванна получается смешиванием основного и присадочного металла, вносимого непосредственно в зону сварки электродом, сварочной проволокой и т. д.

Энергия теплового источника (электрической дуги, газового пламени и т. п.) расходуется на нагрев металла детали, на расплавление электрода или присадочного материала, на плавление защитного флюса (покрытия электрода) и на тепловые потери. Распределение температуры в свариваемом металле зависит от мощности источника тепла, физических свойств металла (теплоемкость, температура плавления и др.), размеров конструкции, скорости перемещения и т. д.

На рис. 2 показаны изотермы – овальные кривые, сгущающиеся впереди движущегося при сварке источника тепла (электрической дуги, пламени горелки). Изотерма 1600 °C – это температура плавления стали, она определяет ориентировочный размер сварочной ванны. Изотерма 1000 °C указывает на зону перегрева металла, изотерма 800 °C показывает зону закалочных явлений, а 500 °C – зону отпуска.

Рис. 2. Схема изотерм при сварке

Затвердевание расплавленного металла, происходящее в хвостовой части ванны, называется кристаллизацией. Динамика этого процесса такова: сварочная дуга, направленная в головную часть ванны, повышает в этой области температуру, в результате чего происходит плавление основного и электродного металлов. Механическое давление, оказываемое дугой на жидкую фазу основного и дополнительного металлов, вызывает их перемешивание и перемещение в хвостовую часть ванны. Таким образом, давление, вызванное дугой, приводит к вытеснению металла из основания ванны и открывает доступ к следующим слоям, где поддерживается необходимая для плавления температура. По мере удаления металла от зоны плавления отвод тепла начинает преобладать над его притоком, и температура жидкой фазы снижается. Расплавленные фазы основного и электродного металлов перемешиваются между собой и, затвердевая, образуют общие кристаллы, что обеспечивает монолитность сварного соединения.

Снижение температуры в хвостовой части ванны происходит за счет усиленного теплоотвода в прилегающий холодный металл, так как его масса по сравнению с ванной значительно преобладает. Кристаллы металла начинают формироваться от готовых центров основного металла в направлении ведения сварки и принимают форму кристаллических столбов, вытянутых в сторону, противоположную теплоотводу.

После охлаждения и кристаллизации металла сварочной ванны получается металл сварного шва, соединяющий детали. Поскольку сварной шов образуется за счет расплавления металла электрода и частично основного металла, в зоне сплавления кристаллизуются зерна, принадлежащие как основному, так и присадочному металлу (рис. 3, а).

Свойства сварного соединения определяются характером тепловых воздействий на металл в околошовных зонах. Зона вблизи границы оплавленной кромки свариваемой детали и шва, содержащая образовавшиеся межатомные связи, называется зоной сплавления. В поперечном сечении сварного соединения она измеряется микрометрами, но роль ее в прочности металла очень велика.

В зоне термического влияния (ЗТВ) из-за быстрого нагрева и охлаждения металла в нем происходят структурные изменения. Следовательно, сварной шов может получиться прочным и пластичным, но из-за термических воздействий на деталь качество сварки в целом будет низким (рис. 3, б).

Величина ЗТВ составляет при ручной электродуговой сварке для обычного электрода 2–2,5 мм, а для электродов с повышенной толщиной покрытия – 4–10 мм. При газовой сварке ЗТВ существенно возрастает – до 20–25 миллиметров.

ЗТВ характеризуется неравномерным распределением максимальных температур нагрева; в этой зоне можно различать участки: старения (200–300 °C); отпуска (250–650 °C); неполной перекристаллизации (700–870 °C); нормализации (840–1000 °C); перегрева (1000–1250 °C); околошовный участок, примыкающий к линии сплавления (1250–1600 °C). При этом возможны два предельных случая: резкая закалка при быстром охлаждении околошовного участка и перегрев при медленном охлаждении с образованием крупных зерен аустенита.

Высокотемпературные фазы железоуглеродистых сплавов подразделяются:

● на феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой);

● аустенит (твердый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой);

● цементит (карбид железа Fe₃C, метастабильная высокоуглеродистая фаза);

Сварочные работы. Практическое пособие (Ю. Ф. Подольский)

В книге Сварочные работы. Практическое пособие описаны основные виды сварки: ручная дуговая, автоматическая дуговая, электрошлаковая и газовая, также подробно описаны особенности сварных соединений и швов, электродуговой и кислородной резки металлов

Admin » 18.09.2017, 19:54 » Категория: Техническая литература

Книга познакомит вас с основными видами сварки: ручной дуговой, автоматической дуговой, электрошлаковой и газовой. Также подробно описаны особенности сварных соединений и швов, электродуговой и кислородной резки металлов: алюминия, нержавеющей стали, меди, чугуна. Кроме того, мастера-любители по приведенным расчетам смогут самостоятельно изготовить множество полезных в быту приспособлений.

Содержание:
Введение

Основы теории сварочных процессов
- Виды сварки
- Сварочная терминология
- Сварные соединения и швы
-- Химический состав сварного шва
-- Сварочные флюсы

Основы электродуговой сварки
- Свойства сварочной дуги
-- Магнитное дутье
-- Образование сварочной ванны
-- Газы для защиты сварочной ванны
- Оборудование для дуговой сварки
-- Источники сварочного тока
--- Виды сварочных аппаратов
-- Электроды для дуговой сварки
--- Маркировка импортных электродов
--- Характеристика, классификация и назначение сварочной проволоки
-- Держатели электрода и сварочные кабели
-- Экипировка сварщика

Основы газовой (газопламенной) сварки
- Материалы, применяемые при газовой сварке
-- Горючие газы
-- Присадочные материалы
- Оборудование для газовой сварки
-- Ацетиленовые генераторы
-- Баллоны
-- Газовые редукторы и манометры
-- Рукава
-- Сварочные горелки
-- Предохранительные устройства

Техника выполнения сварных швов
- Технология ручной дуговой сварки
-- Выбор режимов сварки
-- Зажигание дуги
-- Угол наклона электрода
-- Скорость сварки
-- Длина дуги
-- Манипулирование электродом
-- Заварка кратера и обрыв дуги
-- Сварка металла малой толщины
-- Техника сварки и наплавки в нижнем положении
-- Техника сварки и наплавки на вертикальной и потолочной плоскостях
-- Сварка угольными электродами
- Электродуговая резка металлов
- Технология дуговой сварки полуавтоматом
-- Принципиальная схема и особенности полуавтоматической сварки
-- Варианты дуги
-- Применяемые материалы
-- Выполнение сварки
- Техника безопасности при дуговой сварке
- Технология газовой сварки
-- Подготовка кромок
-- Способы и техника сварки
-- Сварка в различных пространственных положениях
- Кислородная резка металла
-- Сущность процесса кислородной резки
-- Режимы резки
-- Техника ручной резки металла
-- Деформация металла при резке
- Техника безопасности при газопламенной обработке
- Термитная сварка и резка металла
-- Работа сварочным карандашом
-- Самодельный сварочный карандаш
- Пожарная безопасность
- Деформации при сварке

Особенности сварки различных металлов
- Понятие свариваемости металлов
- Сварка сталей
-- Трещинообразование при сварке
-- Сварка низкоуглеродистых и углеродистых сталей
-- Сварка высокоуглеродистых сталей
-- Сварка легированных сталей
--- Технология сварки низколегированных сталей
--- Особенность сварки среднелегированных сталей
--- Сварка высоколегированных сталей
- Сварка чугуна
- Сварка алюминия и его сплавов
- Сварка меди и ее сплавов
-- Сварка латуни
-- Сварка бронзы
- Сварка свинца
- Сварка никеля и его сплавов
- Сварка титана и его сплавов
- Особенности MIG/MAG-сварки различных материалов

Изготовление сварных конструкций в быту и мелкосерийном производстве
- Основные методы сварки металлоконструкций
-- Балки
-- Фермы
-- Листовые конструкции
-- Сварка трубопроводов на поворотных стыках
-- Сварка трубопроводов на неповоротных стыках
-- Приварка пластины к трубе вертикального положения
-- Приварка пластины к трубе горизонтального положения
-- Приварка пластины к трубе вертикального положения в потолочном исполнении
- Сварка на стройплощадке
-- Оконная решетка
-- Монтаж заземления
-- Сварка монтажных соединений сборных железобетонных элементов
-- Соединение труб с трубной решеткой при ремонте водогрейного котла
-- Строительная техника
--- Дачная бетономешалка
--- Легкая бетономешалка
--- Подъемный кран
- Сварка металлических лестниц
-- Простая приставная лестница
-- Марш цельнометаллической лестницы
-- Комбинированная лестница на одном косоуре
-- Комбинированная междуэтажная лестница
-- Винтовая лестница
-- Ограждение лестниц и балконов
- Сварка металлических заборов, ворот, калиток, козырьков
-- Забор из металлической сетки
-- Ажурные заборы
-- Плетение из металла
-- Металлические ворота
-- Ворота из сетки-рабицы
-- «Вечная» калитка
-- Бронедвери
-- Козырек своими руками
- Сварка для сада и огорода
-- Инструменты для бурения грунта
-- Мотыги
-- Ремонт лемехов
-- Садовая тачка
-- Платформенная тачка
-- Универсальные санки
-- Сани на колесах
-- Тележка-раскладушка
-- Парничок
-- Долговечная опора
-- Зеленая ротонда
- Сварка в помощь автолюбителю
-- Навес для автомобиля
-- Изготовление металлического каркаса
-- Металлический гараж
-- Прицеп для «Нивы»
-- Прицеп для мопеда
-- Газовая сварка в ремонте автомобиля
--- Способ левой продольной (кузовной) сварки
--- Сварка точками
--- Сварка на горизонтально располагаемых деталях кузова
--- Вертикальная сварка двойным швом
--- Сварка по внутреннему углу
--- Сварка по наружному углу
- Сварка металлических печей
-- Дровяная двухконфорочная печь для летней кухни
-- Простая печь-каменка
-- Универсальная печь-каменка
-- Мангал
-- Садовая буржуйка
-- Мини-коптильня
- Сварка на спортплощадке
-- Турник на подворье
-- Турник для узкого коридора
-- Простой велотренажер
-- Велосипед в чемодане
-- Велотандем
- Сварка в интерьере
-- Сварные этажерки для цветов
-- Сварной стол
-- Вешалка для одежды
-- Вешалка для прихожей
-- Подставка для газет и журналов
-- Подставка для цветов
-- Торшер
-- Фонарь над крыльцом
-- Книжная полка
-- Полка под телефон
-- Телефонный столик
-- Сварка в спальне

Вместо заключения: Металл требует ухода

Приложения
- Условные изображения и обозначения швов сварных соединений
- Справочные материалы

Читайте также: