Сварка назначение физическая сущность виды

Обновлено: 17.05.2024

Сварочное производство - одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются сварные заготовки или сварные конструкции.

Сварка металлов** - технологический процесс соединения металла(ов) при таком нагреве и/или давлении, в результате которого получается непрерывность структуры соединяемого(ых) металла(ов).

КУЗНЕЧНАЯ СВАРКА

Справка:железная колонна — изготовлена в 415 году, весит около 6,5 т, высота ее 7,3 м, диаметр у основания 41,6 см, у верха 29,5 см. Колонна состоит из отдельных элементов – криц 36кг. Находится примерно в 20 километрах южнее Старого Дели. Изготовлена из железа чистотой до 98 % с низким содержанием серы и повышенным содержанием фосфора. Широкую известность колонна приобрела благодаря тому, что за 1600 лет своего существования практически избежала коррозии.

Позже, в результате разработки и успешного применения более прочных, но менее пластичных сплавов - таких как бронза, которая была прочнее, но менее пластична чем медь, а, следовательно, хуже поддается ковке, применять кузнечную сварку было затруднительно. Для изготовления изделий из таких материалов стали применять литейную сварку.

Литейная сварка -осуществляется путем заливки жидкого металла между свариваемыми кромками, которые помещались в специальную форму. Этот присадочный металл сплавлялся с изделием. Такие соединения обнаружены на бронзовых сосудах Древней Греции и Рима.

Эти два вида сварки только и применялись при изготовлении сварных изделий вплоть до 19 века, в котором благодаря ряду открытий были предложены и реализованы другие виды сварки.

Одно из таких открытий, было сделано русским инженером Василий Владимировичем Петровым в 1802 г. Он впервые наблюдался и описан стабильный электрический разряд, который назвал – дуговой (позже английский учёный Г. Дэви в1808г также наблюдал такой разряд и назвал его «вольтовой дугой»).

Фото электрической дуги

Название «дуга» он получил за форму ярко светящегося плазменного шнура (столба) разряда, который в первых опытах со слаботочными разрядами изгибался вверх серповидной дужкой под действием восходящих конвективных потоков нагретого разрядом воздуха.

Хотя в большинстве случаев, например, между вертикальными электродами, аналогичный разряд не имеет дугообразной формы, первоначальное название его сохранилось.

Электрическая дуга (вольтова дуга) – один из видов самостоятельного электрического разряда в газе, в котором разрядные явления сосредоточены в узком ярко светящемся плазменном шнуре.

Степень ионизации газа в столбе дуги составляет несколько процентов. Такой ионизированный газ называется низкотемпературной плазмой.

Данное открытие позволило русскому инженеру Николай Николаевичу Бенардосу в 1882г использовать электрическую дугу в качестве источника тепла при сварке. Так, впервые был предложен и реализован способ сварки - ручная дуговая сварка. В качестве материала для электрода использовался графит. Чуть позже, в 1888г также русский инженер Николай Гаврилович Славянов реализовал ручную дуговую сварку уже металлическим электродом.

Родоначальниками дуговой сварки считаются русские инженеры!

В настоящее время комплексная технология (технология с применением сварки) является одним из основных заготовительных процессов, 30 % всех заготовок изготавливают с применением сварки и доля постоянно увеличивается. Данное обстоятельство обусловлено тем, что данные технологии позволяют существенно повысить эффективность производства.

При внедрении прогрессивных технологических процессов на основе сварки удаётся:

- уменьшить вес конструкции;

- уменьшить расход металла (КИМ увеличивается с 0,5 до 0,9);

- снизить трудоемкость изготовления (до 50%);

- улучшить условия труда (повышение уровня автоматизации и механизации).

Физические основы сварки.

Физическая сущность процесса сварки заключается в формировании неразъемного монолитного соединения путем образования прочных связей между атомами, расположенными на поверхности соединяемых заготовок.

Пример – соединение рельсов при прокладке железнодорожных путей с помощью металлических накладок и болтов;

Неразъемные соединения могут быть выполнены как монолитными (сплошными), так и немонолитными. Монолитное соединения получают сваркой, а немонолитное – клепкой.

Пример неразъемного соединения (немонолитного) – изготовление фюзеляжа самолета (обшивка подсоединяется к каркасу с помощью кленки)

Пример неразъемного соединения (монолитного) – соединение рельсов

Вид сварного шва рельсов

Справка: Впервые замысел устройства железнодорожного пути без стыков высказал в России инженер И. Ф. Стецевич еще в 1896 году. В Германии первый бесстыковой путь был проложен в 1924 году, в СШA — в 1930 году. В 1932 году на направлении Купянск-Валуйки были впервые в России уложены рельсы длиной 37,5 метра.

При формировании соединения при сварке атомы, расположенные на поверхности заготовок, сближаются. В процессе сближения на них действуют как силы притяжения – силы между отрицательно заряженными электронами – оболочкой и положительно заряженным ядром, а также силы отталкивания – межу положительно заряженными ядрами.

Схема изменения результирующей силы взаимодействия – F выглядит следующим образом.

Схема изменения сил взаимодействия между атомами (F)

в зависимости от расстояния между ними (r)

Система становится термодинамически стабильной, когда энергия связи между атомами будет минимальной. Это достигается при сближении атомов на расстояние r_o- расстояние между атомами в кристаллической решетке 0,2-0,6 нм (2-6Å).

К факторам, препятствующим сближению атомов на такое расстояние – расстояние, необходимое для образование прочных связей следует отнести:

- наличие на поверхности соединяемых заготовок микронеровностей;

Высота микронеровностей – сотни ангстрем (Å = 10 -10 м)

Вывод: при сварке необходимо исключить действие этих факторов – факторов, которые препятствуют сближению атомов на необходимое расстояние и сообщить атомам энергию для преодоления барьера схватывания. Такая энергия называется энергией активации и может сообщаться в общем случае в виде теплоты (термическая активация), и в виде упругопластической деформации (механическая активация). В зависимости от способа активации поверхности, виды сварки подразделяются на классы

Классы видов сварки в зависимости от способа активации поверхности

Термин	Определение
Термический класс сварки	Виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии
Термомеханический класс сварки	Виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления
Механический класс сварки	Виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления

Виды сварки, относящиеся к термическому классу, входят в группу способов сварки плавлением, а виды сварки, относящиеся к термомеханическому и механическому классу – к способам сварки давлением

Виды сварки металлов

На сегодняшний день применяются различные виды стыковки металлов, основные различия и характеристики подразделяются на техническую, физическую, а также технологические разновидности. Технологический процесс соединения подразумевает взаимодействия материалов на межатомном уровне путем воздействия температур. Несъемные крепления используются для множества материалов, основные из них металлические детали, также свариваются стекло, пластмасса и керамика. Процесс происходит основными способами ручной, полуавтоматической или автоматической, в зависимости от характеристик механизмов.

Понятие процесса сварки

Энергия подводится к электроду, материалу для сварки, путем усиления через инвертор. Определение сварки начинается с того, что воздействие электрической дуги приводит к расплавлению металла электрода, что приводит к образованию сварочной ванны. При процессе образования ванны происходит смешивание с основным материалом, шлаки всплывают на поверхность и служат как защитная пленка. Затвердевание металла после процессов называется процессом сварки.

Для определения, что такое сварка, важно знать, что существует два вида электродов – неплавящиеся и плавящиеся. Неплавящийся электрод подразумевает использование присадочной проволоки, которая вводится в сварочную ванну отдельно. Второй вариант плавит непосредственно прут электрода. Защита от окисления в процессе стыковки производится газами, подводящийся при горении головки. Существуют переменные и постоянные агрегаты, при работах с агрегатами постоянного тока происходит более качественный, равномерный шов.

Физические признаки сварки

Взаимодействие металлов или других материалов происходит путем межатомного воздействия элементов. При обычных температурных показателях материалы не взаимодействуют друг с другом вне зависимости от условий, из-за твердой структуры металлов. Загрязнение поверхностей при соединении в виде образований жира или окисей оказывает значительное влияние при процессе связки металлов.

Под действием сдавливания возможно физическое соединение на поверхности или пластическая деформация. Атомно — металлические связи происходит путем взаимодействий электронных соединений при сварке металлов, а также стыковка ковалентных металлов. Определение типа и вида сварки происходит по нескольким параметрам взаимопроникновения, например сдавливание, распайка и термомеханическое воздействие.

Расплав металла сваркой

Расплавление материала происходит без воздействия внешних механических сил, обеспечивается необходимая температура сварочными дужками, газовым пламенем, другим источникам энергии. Виды сварочных работ под давлением подразумевают деформацию металла, что придает текучесть жидким соединениям. Процесс стыковки материалов происходит за счет наплыва свежих слоев материала друг на друга.

Технологичность главное свойство сварных работ

Существует множество разновидностей способов, видов сварочных работ. Классификация имеет прямую зависимость от типа материала и оборудования. Распространенные виды сварочных работ:

электрошлаковые;
дуговые;
плазменное и электронно-лучевое;
световые, газовые;
ультразвуковые;
холодные, печные, контактные виды.

Плазменная сварка Электрошлаковая сварка

Важность технологических свойств

Бесперебойность процесса и его механизацию обеспечивают технологические свойства. Металлический компонент в сварочном шве остается защищенным в случае соблюдения требований и технологий. Виды сварки подразделяются на:

вакуумные;
воздушные;
защитно — газовые;
по флюсные;
пенные;
под флюсные виды.

Степень расплавленной среды материала подразделяется на атмосферную и струйную разновидность. Расплавленное вещество на дужке сварного шва характеризует струйную технологию. Характер заменимости способствует возможной замене газа на более или менее активный. Существует совокупность активных или инертных соединений газов. Степень механизации подразделяется на ручную, механизированную и полностью автоматический процесс.

Классификация способов сварки

Основными способами создания сварочных швов выделяются три основные виды сварки. Плавление элементов без прилагаемого усилия или давления применяется к оборудованию, способному работать электрической дугой или газовым пламенем. Расплавленные металлы соединяются в сварочной ванне, образуя защитный слой поверх деталей для предотвращения окислов и взаимодействия с кислородом.

Термомеханическим видом соединения подразумевается применение давления и тепловой энергии. Подогрев заготовок элементов осуществляется за счет тепловой энергии, механическое усилие придает нужное соединение пластичному металлу. Классификация сварки имеет третий вид, при котором производится давление на части материалов. В результате действий, материал сжижается, становится текучим, что дает возможность соединить материалы в труднодоступных местах. Загрязнённый слой отводится на поверхность текучей жидкости, в результате чего появляется обновлённый слой, чистый шов.

Термический класс сварки

Данный класс сварочных работ выполняется путем плавления кромок частей материалов. В начале процесса образуется сварочная ванна, после отвода которой производится шов. Классификация видов сварки термическим способом разделяется на основные подкатегории:

газовая;
электронно-лучевая;
плазменная;
лазерная;
термитная;
электрически дуговая стыковка.

Наиболее распространенным считается последний вариант т.к. не требует специализированного инструмента, приспособлений.

Дуговая сварка

Электродуговая стыковка деталей пользуется наибольшей популярностью при проведении работ. Электрическая дуга между электродами производится мощным разрядом, одним из элементов производится процесс сварки.

Схема дуговой сварки

Работа производится после обработки, заготовки материала, состоит из основных этапов.

Производится соприкосновение электрода с металлом, что вызывает короткое замыкание, после этого, инструмент отводится на расстояние не более 5 мм. Короткое замыкание служит для достижения электродом требуемой температуры, путем интенсивной эмиссии электронов в конструкции катода. После достижения стабильной, устойчивой дуги, производятся работы.
Устойчивый дуговой заряд производится путем ускорения электронов в электрическом поле, происходит ионизация газового соединения анода с катодом. Температура электрической дуги, как источника тепла достигает до 6000⁰. Сварочный ток при напряжении дуги до 50 В, использования покрытого специальным составов, достигает до 3 кПа.

Предназначение данного вида сварки с использованием покрытых электродов состоит в легировании состава шва, защиты расплава от окружающих воздействий путем газового и шлакового способа.

Газовая сварка

Электродуговой способ, при котором осуществляется процесс в газовой защитной среде. Подразделяются газообразные вещества на инертные и активные виды.

Методики сварки существуют МИГ и МАГ разновидностей, основное предназначение состоит в использовании универсальных материалов, различаются механическими параметрами.

Перед использованием оборудования необходимо проверить все составляющие, зачистить обрабатываемый металл от окраски и ржавчины.

Устройство аппарата для газовой сварки

Комплект газосварочного оборудования состоит из:

кислородный рукав номинальным давлением 0,64 МПа, используется для подачи ацетилена;
подача кислорода производится через рукав третьей категории давлением до 2 МПА;
два редуктора для регулировки давления;
баллоны объемом от 40 л;
горелка с регулировочным винтом.

Давление подачи ацетилена производится регулировкой редуктора на баллоне, специальный манометр указывает на точный параметр. Давление горючей смеси должно составлять около 0,2 МПа, кислород регулируется идентичным способом до уровня 0,5 МПа. Регулировка газовой горелки происходит путем открытия подачи ацетилена до тех пор, пока огонь не стабилизируется у основания, кислородом устанавливается мощность пламени.

Основные составляющие пламени это ядро, зона восстановления и факел. Горелка располагается под определенным градусом к основному металлу, расстояние между ядром и материалом составляет 1,5 мм. Поступательными движениями разогревается металл до температуры плавления, после изменяется градус подачи горелки, подается присадочная проволока.

Лучевая сварка

Высокое качества шва достигается путем работы в вакууме. Процесс представляет собой передачу мощного пучка энергии к заготовке. Электроны взаимодействуют со составляющими веществами материала, что приводит к быстрому разогреву, достижению необходимой температуры плавления. Используются данная категория сварочных работ при работе с микроэлементами, т.к. луч можно регулировать до размеров микрона в диаметре.

Установка для лучевой сварки Схема электролучевой сварки

Термитная сварка

Сварка происходит с использованием специального материала – термит, состоящего из соединений магния или алюминия, железной окалины. Порошкообразная смесь применятся к подготовленным в жаропрочном виде материала металлам, предварительно разжигая запалом либо электрической дугой. Результатом становится прочное соединение, основное предназначение данного вида работ состоит в стыковке труб, рельсов, наплавки массивных изделий.

Электрошлаковая сварка

Относительно новый способ произведения сварочных работ разработан в институте им. Патона. Подготовленные детали обволакиваются шлаком, который нагрет до температур, превышающих плавление проволоки и металла. Электрошлаковая сварка позволяет заполнять большие разрывы в один проход, процесс не отличается от дугового вида стыковки металлов. Высокое качества шва достигается за счет образования защитной ванны, которая выдвигает нестабильные соединения металлов на поверхность.

Схема процесса электрошлаковой сварки

Процесс электрошлакового вида сварки происходит следующим образом:

кромки вертикально расположенных деталей наклоняются на 20-25⁰ по отношению к размеченной части;
устанавливается необходимый зазор для помещения порошка;
дуга, разжигаемая между нижней пластиной и электродом, расположенным сверху расплавляет флюс;
шлаковая ванна возникает путем плавления флюса, медных ползунов, после чего шунтируемая дуга потухает;
происходит переход из дугового вида в шлаковую, ванная которой нагревается до 1700⁰;
кромки металла расплавляются шлаком в сварочной ванне, после удаления электрода происходит остывание и кристаллизация металла.

Данным способом возможно работать со сложными швами, крупногабаритными деталями. Повышенное качество, отсутствие трещинообразования, позволяют стыковать шлаковой сваркой ответственные детали.

Газовые примеси и пузыри удаляются без затруднений из зоны сварки, этому способствует вертикальное расположение конструкции.

Термомеханический класс сварки

Комбинированный способ предлагает воздействие не только повышенной температурой на металл, но и механические усилия. В большинстве случаев, используется при стыковке малогабаритных частей, которые обычным способом качественно связать не представляется возможности. Процесс происходит в электродах — губках, в которых закрепляется две части деталей. Основными видами сварки называются контактная, диффузионная и кузнечные способы.

Кузнечная сварка

Качественное соединение кузнечным способом работ достигается при условиях очищенных от налетов, окислов прилагаемых поверхностей. Работа ручным инструментом осуществляется по нагретому металлу, детали нахлестываются и производятся удары молотком по поверхности.

Способы кузнечной сварки Кузнечная сварка

Кузнечный вид сварки применяется далеко не ко всем материалам, имеет малую производительность, требует достаточного опыта от кузнеца.

Современные виды работ вытеснили кузнечное дело ввиду малой надежности стыкованных деталей.

Контактная сварка

Нагрев при сварке сопротивлением достигается прилеганием поверхности иглы к изделию. Электрический ток проходит через инструмент нужного диаметра, предварительно необходимо подготовить металл путем сдавливания или осадочного механического воздействия. Химическое воздействие атомов металла дает возможность сварить мелкие детали, легко поддается автоматизации и высокопроизводительна.

Различается на три основные способа, точечную, роликовую и стыковую разновидность. Широко применяется в промышленности и машиностроении, в труднодоступных местах и соединениях.

Диффузионная сварка

Основой способ является использования диффузии атомов при высоком уровне вакуума. Поверхностные слои металла нагреваются в силу высокой диффузионной способности атомов до температур, приближенной к плавлению. Контакт и надежная стыковка происходит механическим воздействием высокой силы, минимальная мощность сжатия составляет 20 МПа.

Применяется данный вид при плохо контактирующих материалах.

Процесс начинается с помещения деталей в специальную камеру, крепление и передачи усилия. Материалы выдерживаются определенной время, под воздействием электрического тока.

Механический класс сварки

Виды и способы механической сварки используют физическое воздействие на стыкуемые материалы. Основные способы имеют преимущества при отсутствии возможности до температуры плавления. Переход энергии из механической в кинетическую позволяют нагреть стыкуемые изделия до порога плавления.

Сварка трением

Основные детали, к которым применяется сварка трением, являются трубы небольшого диаметра, стержневые конструкции. Автоматизированный процесс позволяет производить различные виды сварочных работ в специальных машинах, в шпиндель которых крепятся заготовки. Машина работает посредством перемещения одной из деталей к неподвижной части. Частота вращения доводится до 1500 об/мин, в результате чего происходит нагрев деталей и оплавление.

После выключения муфты вращения, машина выполняет осадку изделий. Экономичность, быстрое выполнение поставленных задач, делают вид работ трением преимущественнее дуговой, а также имеется возможность варить металлы из разных сплавов.

Холодная сварка

Заготовки стыкуются путем холодной сварки путем деформирования пластических свойств материалов. Температура при операции может достигать минусовой, поверхности должны быть зачищены от окислов и ржавчины. Соединение происходит на межатомном уровне, поэтому элементы должны быть идеально ровными и обработанными.

Применяется холодный вид при стыковке шин, проволоки или труб. Давление варьируется от 1 до 3 ГПа, данный способ требует подготовленного к высоким нагрузкам оборудования.

Сварка взрывом

Соединение деталей при сварке взрывом происходит путем синхронной пластической деформации деталей. Подвижная часть детали прикладывается параллельно к устойчиво закрепленной мишени, после чего производится контролируемый взрыв. Основное применение данный способ получил ввиду возможности стыковки разнородных металлов. Взрывные вещества применяются из состава гранулотола, аммонита, гексогена.

Ультразвуковая сварка

Стыковка деталей происходит с применением источников энергии, выдающим на выходе ультразвуковые колебания. Применяется при шовной, точечной, контурного вида сварки механическим воздействием. Сухое трение способствует разрушению оксидных пленок, после заменяется на чистое трение, при котором происходит процесс сварки. Основными преимуществами данного способа является отсутствие предварительной очистки поверхностей, что значительно экономит время. При сварке пластмассовых деталей не допускается перегрев прилагаемых зон, т.к. контролируется температурный диапазон определенного участка. Отсутствуют вредные пары, газы при процессе, нагрев происходит за доли секунды.

Недостатками при ультразвуковом виде можно выделить дорогостоящее оборудование, малый диапазон толщины материалов. Необходимо четко определить толщину свариваемых видов материалов, при размерах вне допуска, возможно применение акустической линзы, что дает возможность сфокусировать энергию на определенном участке детали.

Сварка. Основные виды сварки. Сварка различных металлов с сплавов.

Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения материалов за счёт образования атомной связи. Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии.

На первой стадии необходимо сблизить поверхности свариваемых материалов на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 А). Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются при сжатии даже значительными усилиями. Соединению материалов мешает их твердость, при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно они не были обработаны. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности - окислы, жировые пленки и пр., а также слои абсорбированных примесных атомов. Ввиду указанных причин выполнить условие хорошего контакта в обычных условиях невозможно. Поэтому образование физического контакта между соединяемыми кромками по всей поверхности достигается либо за счёт расплавления материала, либо в результате пластических деформаций, возникающих в результате прикладываемого давления. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате поверхность раздела между деталями исчезает и образуется либо атомная металлическая связи (свариваются металлы), либо ковалентная или ионная связи (при сварке диэлектриков или полупроводников). Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения различают три класса сварки: сварка плавлением, сварка давлением и термомеханическая сварка (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Классификация видов сварки

К сварке плавлением относятся виды сварки, осуществляемой плавлением без приложенного давления. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и «джоулево тепло». В этом случае расплавы соединяемых металлов объединяются в общую сварочную ванну, а при охлаждении происходит кристаллизация расплава в литой сварочный шов.

При термомеханической сварке используется тепловая энергия и давление. Объединение соединяемых частей в монолитное целое осуществляется за счет приложения механических нагрузок, а подогрев заготовок обеспечивает нужную пластичность материала.

К сварке давлением относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. В результате металл деформируется и начинает течь, подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязненный слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала, которые и вступают в химическое взаимодействие.

2. Основные виды сварки

Ручная электродуговая сварка. Электрическая дуговая сварка в настоящее время является важнейшим видом сварки металлов. Источником тепла в данном случае служит электрическая дуга между двумя электродами, одним из которых является свариваемые заготовки. Электрическая дуга является мощным разрядом в газовой среде.

Процесс зажигания дуги состоит из трех стадий: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на 3-5 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание производится с целью разогрева электрода (катода) до температуры интенсивной экзо- эмиссии электронов.

На второй стадии эмитированные электродом электроны ускоряются в электрическом поле и вызывают ионизацию газового промежутка «катод-анод», что приводит к возникновению устойчивого дугового разряда. Электрическая дуга является концентрированным источником тепла с температурой до 6000 оС. Сварочные токи достигают 2-3 кА при напряжении дуги (10-50) В. Наиболее часто применяется дуговая сварка покрытым электродом. Это ручная дуговая сварка электродом, покрытым соответствующим составом, имеющим следующее назначение:

1. Газовая и шлаковая защита расплава от окружающей атмосферы.

2. Легирование материала шва необходимыми элементами.

В состав покрытий входят вещества: шлакообразующие - для защиты расплава оболочкой (окислы, полевые шпаты, мрамор, мел); образующие газы СО2, СН4, ССl4; легирующие - для улучшения свойств шва (феррованадий, феррохром, ферротитан, алюминий и др.); раскислители - для устранения окислов железа (Ti, Mn, Al, Si и др.) Пример реакции раскисления : Fe2O3+Al = Al2O3+Fe.

Рис. 1.26. Ручная сварка покрытым электродом: 1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - флюсовая корочка, 4 - газовая защита, 5 - электрод, 6 - покрытие электрода, 7 - сварная ванна

Рис. 1.26 иллюстрирует сварку покрытым электродом. По указанной выше схеме между деталями (1) и электродом (6) зажигается сварочная дуга. Обмазка (5) при расплавлении защищает сварочный шов от окисления, улучшает его свойства путем легирования. Под действием температуры дуги электрод и материал заготовки плавятся, образуя сварную ванну (7), которая в дальнейшем кристаллизуется в сварной шов (2), сверху последний покрывается флюсовой корочкой (3), предназначенной для защиты шва. Для получения качественного шва сварщик располагает электрод под углом (15-20)0 и перемещает его по мере расплавления вниз для сохранения постоянной длины дуги (3-5) мм и вдоль оси шва для заполнения разделки шва металлом. При этом обычно концом электрода совершают поперечные колебательные движения для получения валиков требуемой ширины.

Автоматическая сварка под флюсом.

Таким образом, автоматическая сварка под слоем флюса отличается от ручной сварки по следующим показателям: стабильное качество шва, производительность в (4-8) раз больше, чем при ручной сварке, толщина слоя флюса - (50-60) мм, сила тока - (1000-1200) А, оптимальная длина дуги поддерживается автоматически, шов состоит на 2/3 из основного металла и на 1/3 дуга горит в газовом пузыре, что обеспечивает отличное качество сварки.

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка является принципиально новым видом процесса соединения металлов, изобретенном и разработанным в ИЭС им. Патона. Свариваемые детали покрываются шлаком, нагреваемом до температуры, превышающей температуру плавления основного металла и электродной проволоки.

На первой стадии процесс идет так же, как и при дуговой сварке под флюсом. После образования ванны из жидкого шлака горение дуги прекращается и оплавление кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав. Электрошлаковая сварка позволяет сваривать большие толщи металла за один проход, обеспечивает большую производительность, высокое качество шва.

Рис. 1.27. Схема шлаковой сварки:

1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - расплавленный шлак, 4 - ползуны, 5 - электрод

Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 1.27. Сварку ведут при вертикальном расположении деталей (1), кромки которых так же вертикальны или имеют наклон не более 30 o к вертикали. Между свариваемыми деталями устанавливают небольшой зазор, куда насыпают порошок шлака. В начальный момент зажигается дуга между электродом (5) и металлической планкой, устанавливаемой снизу. Дуга расплавляет флюс, который заполняет пространство между кромками свариваемых деталей и медными формующими ползунами (4), охлаждаемыми водой. Таким образом, из расплавленного флюса возникает шлаковая ванна (3), после чего дуга шунтируется расплавленным шлаком и гаснет. В этот момент электродуговая плавка переходит в электрошлаковый процесс. При прохождении тока через расплавленный шлак выделяется джоулево тепло. Шлаковая ванна нагревается до температур (1600-1700) 0С, превышающих температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет кромки свариваемых деталей и погруженный в шлаковую ванну электрод. Расплавленный металл стекает на дно шлаковой ванны, где и образует сварочную ванну. Шлаковая ванна надежно защищает сварочную ванну от окружающей атмосферы. После удаления источника тепла, металл сварочной ванны кристаллизуется. Сформированный шов покрыт шлаковой коркой, толщина которой достигает 2 мм.

Повышению качества шва при электрошлаковой сварке способствует ряд процессов. В заключение отметим основные преимущества электрошлаковой сварки.

- Газовые пузыри, шлак и легкие примеси удаляются из зоны сварки по причине вертикального расположения сварного устройства.

- Большая плотность сварного шва.

- Сварной шов менее подвержен трещинообразованию.

- Производительность электрошлаковой сварки при больших толщинах материалов почти в 20 раз превышает аналогичный показатель автоматической сварки под флюсом.

- Можно получать швы сложной конфигурации.

- Этот вид сварки наиболее эффективен при соединении крупногабаритных деталей типа корпусов кораблей, мостов, прокатных станов и пр.

Электронно-лучевая сварка.

Источником тепла является мощный пучок электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Быстрые электроны, внедряясь в заготовку, передают свою энергию электронам и атомам вещества, вызывая интенсивный разогрев свариваемого материала до температуры плавления. Процесс сварки осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокое качество шва. Ввиду того что электронный луч можно сфокусировать до очень малых размеров (менее микрона в диаметре), данная технология является монопольной при сварке микродеталей.

Плазменная сварка.

При плазменной сварке источником энергии для нагрева материала служит плазма - ионизованный газ. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей. В электрическом поле электроны и ионы ускоряются, то есть увеличивают свою энергию, а это эквивалентно нагреванию плазмы вплоть до 20-30 тыс. градусов. Для сварки используются дуговые и высокочастотные плазмотроны (см. рис. 1.17 - 1.19). Для сварки металлов, как правило используют плазмотроны прямого действия, а для сварки диэлектриков и полупроводников применяются плазмотроны косвенного действия. Высокочастотные плазмотроны (рис. 1.19) так же применяются для сварки. В камере плазмотрона газ разогревается вихревыми токами, создаваемыми высокочастотными токами индуктора. Здесь нет электродов, поэтому плазма отличается высокой чистотой. Факел такой плазмы может эффективно использоваться в сварочном производстве.

Диффузионная сварка.

Способ основан на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов при высоком вакууме. Высокая диффузионная способность атомов обеспечивается нагревом материала до температуры, близкой к температуре плавления. Отсутствие воздуха в камере предотвращает образование оксидной пленки, которая смогла бы препятствовать диффузии. Надежный контакт между свариваемыми поверхностями обеспечивается механической обработкой до высокого класса чистоты. Сжимающее усилие, необходимое для увеличения площади действительного контакта, составляет (10-20) МПа.

Технология диффузионной сварки состоит в следующем. Свариваемые заготовки помещают в вакуумную камеру и сдавливают небольшим усилием. Затем заготовки нагревают током и выдерживают некоторое время при заданной температуре. Диффузионную сварку применяют для соединения плохо совместимых материалов: сталь с чугуном, титаном, вольфрамом, керамикой и др.

Контактная электрическая сварка.

При электрической контактной сварке, или сварке сопротивлением, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением. Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве. По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

Стыковая контактная сварка.

Это вид контактной сварки, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Детали зажимают в электродах-губках, затем прижимают друг к другу соединяемыми поверхностями и пропускают сварочный ток. Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и др. детали по всей площади их торцов. Существует два способа стыковой сварки:

- Оплавлением: детали соприкасаются в начале по отдельным небольшим контактным точкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными плёнками выдавливается из стыка.

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СВАРКИ

Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений материалов путём создания межатомных связей в результате совместной кристаллизации после расплавления, местной пластической деформации и диффузии атомов между свариваемыми частями.

· По признаку применяемого вида активации для образования межатомных связей в неразъемном соединении различают два вида сварки – сварку плавлением и сварку давлением.

· Сущность сварки плавлением состоит в том, что посредством внешнего источника тепла оплавляются кромки свариваемых частей, создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. В процессе кристаллизации при охлаждении металла сварочной ванны образуется сварной шов (рис. 1).

Рис.1. Схема ручной дуговой сварки металлическим электродом с покрытием (стрелкой показано направление сварки):

1 - металлический стержень; 2 - покрытие электрода;

3 - газовая атмосфера дуги;

4 - сварочная ванна;

5 - затвердевший шлак;

6 - закристаллизовавшийся металл шва;

7 - основной металл (изделие);

8 - капли расплавленного электродного металла;

9 - глубина проплавления;

Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей статической или ударной нагрузкой (рис.2).

Для облегчения пластической деформации по кромкам, зачастую сварку давлением выполняют с местным нагревом.

Рис.2. Соединение деталей сваркой давлением

без внешнего нагрева:

а - заготовки перед сваркой;

б - после сварки (макроструктура соединения алюминия);

в - оптимальная зависимость между температурой нагрева и давлением для железа;

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИДОВ СВАРКИ И ИХ ПРИМЕНИМОСТЬ

В настоящее время применяется широкий круг различных видов сварки, применение каждого из которых предопределено множеством факторов, такими как: природа свариваемых материалов, размерные параметры свариваемых изделий, локальность зоны сварки и многими другими. Более глубокое ознакомление с наиболее применимыми способами сварки - цель технологической практики, другие виды и способы приводятся в плане общеинженерной информации.

Сварка плавлением

Электродуговая сварка.Необходимое для местного расплавления кромок заготовок и присадочного материала тепло образуется при «горении» электрической дуги между свариваемым металлом и электродом. По степени механизации сварка может быть ручная, полуавтоматическая и автоматическая. Механизированная (полуавтоматическая и автоматическая) сварка может быть под флюсом и в среде защитных газов.

Электрошлаковая сварка. Электрошлаковую сварку применяют для соединения стальных листов толщиной от 50 мм до нескольких метров (что невозможно выполнить никакими другими способами сварки). Она в основном применяется при изготовлении толстостенных турбин, при производстве сварно-литых и сварно-кованых конструкций и других аналогичных случаях.

Сущность процесса заключается в следующем. В начальный период под флюсом возбуждается электрическая дуга, за счет теплоты которой расплавляется флюс, образуя электропроводный шлак, обладающий значительным оммическим сопротивлением. После чего дуга гаснет, а ток, проходя через электропроводный расплавленный шлак, выделяет тепло достаточное для плавления последующей порции флюса, кромок свариваемых заготовок и электрода. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов (рис.3).

Виды и назначение сварки

Сварка является одним из самых распространенных технологических процессов обработки металлов и служит для неразъемного соединения металлов путем нагревания сварных швов до жидкого или пластического состояния.

Сущность сварки в сближении частиц металлов на расстояние, близкое к расстоянию между молекулами, что обеспечивает большую прочность сварочного соединения. В современном обществе трудно назвать такую область обработки металла, где не применялась бы сварка. Это и кино- и радиоаппаратура, точное приборостроение, строительство каркасов зданий, морских судов, газопроводов, машиностроение, особенно актуальная в последнее время сварка металлоконструкций: металлические заборы и ворота, решетки на окна и другие элементы архитектурных форм в городе, отвечающие за благоустройство.

Сварка даёт возможность замены тяжелых и трудоемких работ на более простые и легкие. За счет чего экономится металл, сокращаются сроки работ, снижается себестоимость изготовления конструкций. Сварные соединения прочны и надежны, что имеет большое значение в производстве различных сосудов, где хранятся и перевозятся жидкости и сжиженные газы, для котлов отопления и т.п.

Огромное значение сварки обуславливается тем, что такие способы как электродуговая, контактная, электрошлаковая и другие, автоматизированы и механизированы, что позволяет получать сложные сварные конструкции при высоких техническо-экономических показателях. Достижения в технологии, удобная аппаратура плюс высокая производительность сварочных процессов обеспечивают сварке всё более широкое применение в различных областях производства, строительства и ремонта.

При выборе вида сварки необходимо учитывать способность металла к образованию прочного соединения. Хорошо свариваются металлы с высокой теплопроводностью, взаимной растворимостью, низким коэффициентом линейного расширения и небольшой усадкой.

Способы сварки

Кузнечная сварка.
Металл при этом виде сварки нагревают в кузнечном горне или в специализированной печи. Для получения прочного шва, нужно чтобы в местах соединения металл прогревался полностью.

Контактная электросварка или сварка электросопротивлением, основана на быстром нагреве зоны контакта свариваемых металлов путем пропускания через них тока большой силы и малого напряжения.

При электродуговой сварке места сварки и присадочный материал расплавляются жаром электрической дуги. Расплавленные электродный и основной материал смешиваются в сварочной ванне и при движении дуги вдоль свариваемых кромок быстро твердеет, образуя, сварочный шов.

При газовой сварке места соединения металлов и присадка плавятся за счет сгорания горючих газов, которые, смешиваясь с кислородом, дают высокую температуру пламени (около 3000 градусов по Цельсию). Обычно горючим газом служит ацетилен. Газорезку используют для разделения на части рельсов, сортового проката, материала большой толщины, а так же для вырезания из толстого листа деталей сложной конфигурации.

Газовая резка позволяет разрезать сталь толщиной свыше 2000 миллиметров. Качество сварных швов проверяется многочисленными способами. Простейшим из них, является осмотр мест сварки при помощи лупы. Он позволяет выявить поверхностные раковины, поры, шлаковые включения, пережог, мелкие трещины, неравномерность швов и другие наружные дефекты. Часто практикуется проба на изгиб. Суть её состоит в определении угла, при котором на шве появляется первая трещина. Причина возникновения дефектов в сварном шве очень разнообразны.

Как правило, дефекты возникают из-за низкого качества металла. К ним относятся расслоения плены, раковины, присутствие окалины, включения серы.
В связи с нарушением процесса сварки получаются:
1. непровары — слабое соединение основного металла с наплавленным;
2. недовары — неполномерные швы;
3. закалка околошовной зоны; неравномерность, несимметричность, неполность сварных швов;
4. наплывы и др.
Изучение сварочных процессов и достижений в области их выполнения являются непосредственной задачей сварщиков.
Автор: Кузнецов М.Ю., сотрудник Монолит-Мет — монтаж металлоконструкций

ООО «Три Групп»
195248, г. Санкт-Петербург, шоссе Революции, д.84
Тел/факс: (812) 363-19-65
Наша компания является официальным представителем ведущих предприятий по производству сварочного оборудования, расходных материалов, средств защиты, средств пожаротушения. Среди них: ЭСАБ (ESAB), Сычевский электродный завод, СИМ-Электрод, «Межгосметиз-Мценск», Лужский абразивный завод.
Среди наших партнеров такие предприятия как РЭП-Холдинг (Газпром), Силовые Машины, Северная Компания, ФГУП Нерпа (Северодвинск-2), Завод ХимМаш РАН (г. Старая Руса), КировЭнергоМаш (г. Киров), ЗМК Ленмонтаж, Севзапэнергомонтаж, а также ряд других компаний, как в СЗФО, так и за его пределами.
Мы предлагаем Вам сварочное оборудование, материалы по ценам заводов-производителей.
Мы представляем Вам качественную и отлично зарекомендовавшую себя продукцию. А наши специалисты готовы предоставить необходимую информацию и консультацию по выбору подходящих Вам материалов.
Политика нашей компании направлена на соблюдение взаимных интересов партнеров и предусматривает особые условия в сотрудничестве. Имеется возможность предоставления гибкой системы скидок.

Читайте также: