Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Общие сведения о сварке, сварных соединениях и швах

Общие сведения о сварке, сварных соединениях и швах

В книге изложены основы теории сварки, устройство и правила эксплуатации оборудования для ручной дуговой и газовой сварки и наплавки металлов, контактной сварки, сварки в защитных газах и под флюсом, рассмотрены специальные и перспективные виды сварки, механизация и автоматизация сварочного производства. Учебник может быть использован также для профессионального обучения рабочих на производстве.

Оглавление

  • КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Общие сведения о сварке, сварных соединениях и швах предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

В зависимости от вида энергии, применяемой при сварке, различают три класса сварки: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением, — местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии.

Источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и теплота, выделяемая при электрошлаковом процессе.

Источники теплоты характеризуются температурой и концентрацией, определяемой наименьшей площадью нагрева в месте сварки и наибольшей плотностью тепловой энергии в месте нагрева. Эти характеристики определяют технологические свойства источников нагрева металла при сварке и наплавке.

Степень концентрации теплоты в электрической дуге в десятки раз, в плазме — тысячи, а в фотонном луче (лазерная обработка) — десятки тысяч раз выше, чем в газовом пламени.

Основные виды сварки термического класса — дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, лазерная, термитная и др.

Дуговая сварка — сварка плавлением, при которой нагрев осуществляют электрической дугой. Особым видом дуговой сварки является плазменная сварка, при которой нагрев осуществляют сжатой дугой.

Газовая сварка — сварка плавлением, при которой кромки соединяемых частей нагревают пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки.

Электрошлаковая сварка — сварка плавлением, при которой для нагрева металла используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

Электронно-лучевая сварка — сварка, в которой для нагрева используют энергию электронного луча. Теплота выделяется за счет бомбардировки зоны сварки направленным электронным потоком.

Лазерная сварка осуществлятся энергией светового луча, полученного от оптического квантового генератора — лазера.

При термитной сварке используют теплоту, образующуюся в результате сжигания термит-порошка, состоящего из смеси алюминия и оксида железа.

К термомеханическому классу относят виды сварки, при которых одновременно используются тепловая энергия и давление, контактная, диффузионная, газопрессовая, дугопрессовая и др.

Основным видом этого класса является контактная сварка — нагрев осуществляется теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части.

Диффузионная сварка — сварка давлением, осуществляемая взаимной диффузией атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации.

В прессовых видах сварки соединяемые части могут нагреваться пламенем газов, сжигаемых на выходе сварочной горелки (газопрессовая сварка), дугой (дугопрессовая сварка), электрошлаковым процессом (шлакопрессовая сварка), индукционным нагревом (индукционнопрессовая сварка), термитом (термитнопрессовая сварка) и т. п.

К механическому классу относят виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и др.

Холодная сварка — сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых деталей.

Сварка взрывом — сварка, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударения быстро движущихся частей.

Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний.

Сварка трением — сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением при вращении свариваемых деталей относительно друг друга.

Конец ознакомительного фрагмента.

Оглавление

  • КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Общие сведения о сварке, сварных соединениях и швах предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Смотрите также

Сварочные работы. Практический справочник

Галина Серикова, 2012

Инженерное оборудование для дома и участка

Е. В. Колосов, 2015

Ремонт квартиры от стяжки до потолка

Виктор Россинский, 2010

Производство заготовок. Трубы

Справочник строительных материалов, а также изделий и оборудования для строительства и ремонта квартиры

Группа авторов, 2009

Фильтры для очистки воды

Елена Хохрякова, 2013

Металловедение стенки нефтяного аппарата

Константин Владимирович Ефанов, 2020

Электрохимические технологии и материалы

Александра Григорьевна Бережная, 2017

Электрика на даче своими руками. Полное руководство

Юрий Морозов, 2017

Воздушные тепловые насосы

Сборник статей, 2012

Электронные устройства для глушения беспроводных сигналов (GSM, Wi-Fi, GPS и некоторых радиотелефонов)

Андрей Кашкаров, 2016

Ремонт квартиры в новостройке. Как не испортить себе жизнь?

Ольга Андреевна Дуквен, 2019

Отопительные приборы и поверхности

Коллектив авторов, 2012

Евгений Банников, 2014

Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в энергетике»

Классификация видов сварки

Человечество очень многим обязано изобретателям сварки. Видов работ, где применяется данная технология, огромное множество: от машиностроения до строительства. Если бы не сварка, то неизвестно, на каком этапе технологического развития находились бы лидеры промышленного производства, да и вообще весь мир. Ведь не будь сварки, не было бы и крупных океанских сухогрузов и танкеров, не было бы цистерн для транспортировки наливных грузов и так далее.

С бурным развитием науки и технологий развивалась и сварка. И сегодня неразъемные соединения получают множеством всевозможных способов. Выбор конкретной технологии и оборудования зависит от множества факторов.

Классификация видов сварки

Существует огромное количество всевозможных способов осуществить соединение двух стальных изделий. Современные технологии позволяют надежно скреплять не только стальные и металлические материалы, но даже пластик. Однако существует ряд видов сварки (газовой и не только), которые нашли широкое применение и используются чуть ли не повсеместно. Критериями классификации сварки могут служить защитные среды, в которых осуществляется процесс плавления, степень механизации и автоматизации сварочных работ, по температурным параметрам соединяемых поверхностей и другие.

В соответствии с общепринятой классификацией видов сварки, все сварочные процессы можно поделить на сварку плавлением и сварку давлением. Каждая из этих двух больших групп включает целый ряд подгрупп.

Виды сварки плавлением следующие: электрошлаковая, газовая, индукционная, лазерная, дуговая (электрод может плавиться, а может и не плавиться) и ионно-плазменная. Каждый из перечисленных видов имеет свои преимущества и недостатки и имеет показания для применения в конкретной отрасли промышленности.

Виды сварки давлением: холодная и термомеханическая. К холодной сварке относится сварка трением, ультразвуковая сварка, сварка взрывом и так называемое вакуумное схватывание. Термомеханическая в свою очередь включает в себя диффузионную сварку, прессовую сварку (газо- и дуго-), термитную под давлением, термокомпрессионную и контактную (стыковая, точечная, роликовая).

Каждый из перечисленных видов сварки металла имеет свои особенности. Опытный инженер в области сварочных технологий способен по виду сварного шва определить технологию, по которой он был произведен.

Особенности сварки плавлением

Соединение формируется исключительно за счет оплавление материала электрода со свариваемыми изделиями. При этом на изделие не оказывается давление извне. Источником тепловой энергии может быть электрический разряд (дуга), а также горение газа. Соединяемые изделия частично оплавляются и образуют общий расплав. С понижением температуры возникает огромное количество центров кристаллизации и раствор затвердевает. Таким образом, изделия надежно соединяются в единую неразъемную конструкцию.

Читайте так же:
Электрическое долото по дереву

Некоторые особенности термомеханической

Данный вид сварки осуществляется за счет высокого давления, сообщаемого изделиям. При этом за счет сил трения, возникающих в результате перемещения одной детали относительно другой, контактирующие поверхности разогреваются до очень высоких температур. Активизируются диффузионные процессы, и атомы одного изделия начинают проникать в другое изделие, в результате чего образуется неразъемное сварное соединение.

Особенности сварки давлением

В последнее время данный вид сварки металла становится популярным. Главным образом благодаря своим широким возможностям. В частности, благодаря сварке давлением можно получить прочное соединение металла с пластиком. Да и вообще можно варить, казалось бы, совершенно несовместимые материалы (например, алюминий с медью и другие).

Это чрезвычайно высокотехнологичный вид сварки. Сварные соединения, полученные данным методом, являются довольно надежными и прочными.

Свариваемость материалов

Сварное соединение можно получить далеко не для каждой пары материалов. Предъявляются требования к химическому составу свариваемых изделий. Так, например, с ростом содержания углерода в качественных конструкционных сталях, способность к свариванию данного материала резко падает. Считается, что хорошей свариваемостью обладают стали с содержанием углерода до 0,3 % включительно. Если данное условие не выполняется, то сварной шов будет иметь множество дефектов как внутри, так и снаружи. Такое соединение будет иметь низкий комплект физических и механических свойств.

При сваривании изделий из углеродистой стали основной проблемой являются опускные и закалочные процессы, происходящие в зоне сварного шва. Также после сварки наблюдаются значительные остаточные деформации. Чтобы минимизировать вероятность растрескивания поверхности сварного шва, технология предусматривает предварительный нагрев свариваемых изделий до температур от 100 до 300 градусов. Уменьшить степень деформации позволит замена одного прохода сварного шва на несколько проходов. Для уменьшения остаточных напряжений и нормализации структуры рекомендуется производить средний отпуск изделий при температуре 300 градусов в течение нескольких часов. Точное время, необходимое для сквозного прогрева изделий, должно вычисляться по специальной методике, и зависеть от массы и габаритов самого изделия, типов нагревательных элементов в самой печи.

Стали, содержащие 13 % и более хрома, хорошо противостоят коррозии в обычных атмосферных условиях. Также такие стали сохраняют высокие механические свойства при нагреве до высоких температур.

Материал очень ценный. Особенно широко применяется в химическом машиностроении и других отраслях промышленности, где очень важны коррозионная и жаростойкость. Но высокохромистые стали, к сожалению, обладают плохой свариваемостью, так при охлаждении на воздухе в районе 1000 градусов, по границам зерен выпадает карбид хрома, что приводит к охрупчиванию материала в зоне сварного соединения. Для борьбы с этим негативным явлением можно воспользоваться следующими приемами: модификация стали титаном, ванадием (эти элементы препятствуют диффузионной подвижности атомов хрома и удерживают их внутри зерна), отжиг изделия при высоких температурах (900 градусов) с целью выравнивания структуры стали по химсоставу, ускоренное охлаждение в области сварного шва.

Алюминий также относится к типу материалов с низким показателем свариваемости. Протеканию процессов препятствует тонкая оксидная пленка, которая мгновенно покрывает всю поверхность при контакте алюминия с воздухом. Поэтому такой вид сварки осуществляется исключительно под флюсом. Расплав флюса растворяет окисную пленку, препятствующую протеканию сварных процессов.

Электродуговая сварка

Ручная электродуговая сварка является, пожалуй, самым распространенным видом дуговой сварки. Одновременно данная технология является самой популярной и активно применяется во всех отраслях промышленности и народного хозяйства.

Сущность процесса сварки данным способом состоит в следующем. Свариваемые изделия подключаются к электросети и выступают анодом. Электрод является катодом. Когда электрод подводится на близкое расстояние к металлическому изделию, то воздух пробивает электрическая дуга. Это сопровождается выделением большого количества энергии (тепловой) и электрод начинает плавиться.

Зажигание дуги электрического разряда протекает следующим образом. Сначала сварщик быстрым и отточенным движением касается электродом заготовки, а затем отводит электрод на небольшое расстояние (не более 5 миллиметров) от металлической поверхности. Высвобожденные электроны ускоряются в магнитном поле, и сталкиваясь с атомами газа в межэлектродном пространстве, инициируют отрыв электронов (вторичная эмиссия). Лавинообразный рост носителей заряда приводи к возникновению устойчивой электрической дуги.

Температура в месте входа разряда достигает шести тысяч градусов по Цельсию. Сила тока может регулироваться в зависимости от толщины и материала электрода и составляет 2-3 тысячи Ампер при напряжении максиму 50 Вольт. Столь выгодные условия протекания процесса вывели данную технологию в бесспорные фавориты и превратили ее в основной вид ручной дуговой сварки, используемый на производстве и в строительстве.

Как правило, используются электроды, покрытые специальным составом. Покрытие при нагреве выделяет газы, образующие защитную среду сварного шва. Также элементы покрытия легируют расплав, улучшая комплекс физико-механических свойств сварного шва.

Сварка под флюсом

Данная технология является основным видом сварки, применяемым на производстве при необходимости получать сварные швы идеального качества и большой длины. Даже самый опытный сварщик не способен варить ровные швы большой протяженностью.

Для защиты расплава от окислительного воздействия окружающей среды, на стык свариваемых изделий насыпается порошок специального состава (флюс). При нагреве до высоких температур, запускается процесс образования защитных газов, исключающих контакт металла, нагретого до высоких температур, с воздухом.

Защита флюсом позволяет применять более высокие токи по сравнению с ручной электродуговой сваркой, исключая возможность попадания на сварщика капель жидкого металла. Теоретические расчеты показали, что ток может быть увеличен до 8 раз. Таким образом, можно добиться впечатляющей производительности без ущерба качеству сварного шва.

При ручной сварке шов состоит, в основном, из расплава электрода. Шов, получаемый автоматической сваркой под флюсом, выглядит более презентабельно и состоит из материала электрода лишь на 1/3. Весь остальной объем занимает оплавленный материал свариваемых изделий. Таким образом, по сравнению со всеми видами ручной сварки, автоматическая сварка под флюсом является более экономичной (с точки зрения экономии расходных материалов) и чуть ли не в разы боле производительной.

Вместо электродов используется специальная проволока, смотанная в катушки. Стоимость проволоки значительно ниже стоимости электродов. Проволока разматывается по мере движения сварного автомата по линии сваривания и подается в зону резания специальным дозирующим устройством. По мере продвижения сварочного робота, сварной шов посыпается флюсом.

Особенности электрошлаковой сварки

Все другие виды сварки и их характеристики во многом уступают этой, возникшей сравнительно недавно, технологии. Сущность данного метода состоит в следующем. На свариваемые поверхности наносится слой шлака, предварительно нагретого до температуры выше значений, при которых происходит оплавление металла.

Поначалу процесс идет так же, как и при сварке под флюсом. Но когда образуется жидкая ванна из расплавленного шлака, то дуга гасится, а плавка кромок свариваемых изделий протекает за счет теплоты, которая выделяется при пропускании через изделия тока. Технология позволяет получать качественные и надежные соединения габаритных стальных изделий за очень короткие промежутки времени.

Читайте так же:
Диаметры трубной резьбы в дюймах и миллиметрах

В ходе данного процесса поверхности изделий, которые необходимо соединить сваркой, должны располагаться в вертикальной плоскости. При этом не допускается плотный контакт поверхностей: необходимо оставить небольшой зазор, который заполняется шлаком.

К преимуществам электрошлаковой сварки можно отнести большую чистоту сварного шва по всевозможным включениям и микропорам и высокую производительность метода, возможность получать сварные швы любой конфигурации и пространственной формы. По заверениям специалистов в области сварки, скорость, по крайней мере, в 20 раз превышает скорость сварки под флюсом.

Особенности электронно-лучевой сварки

Поверхность стали разогревается за счет интенсивного бомбардирования электронами, испускаемыми мощной пушкой. Сварочные процессы происходят в откачной вакуумной камере, что положительно сказывается на качестве сварных швов.

Данная технология нашла применение при проведении прецизионных сварочных работ (например при производстве интегральных микросхем и т. д.) Пучок электронов можно фокусировать на невероятно малую площадь (до 1 микрона), что позволяет проводить сварку на микро- и даже нано- уровнях.

Плазменная сварка

Данный вид сварки, ввиду дороговизны оборудования и сложности реализации, применяется исключительно в научно-исследовательских целях. Гораздо большее распространение плазменные технологии получили в области термодиффузионного насыщения поверхностей металлов и сплавов.

Положительные заряды плазмы (ионизированного газа) ускоряются в магнитном поле и бомбардируют металлическую поверхность, разогревая ее до заданной температуры. Энергия ускорения иона в магнитном поле сопоставима с энергией, которой обладает частица при нагреве до 20 тысяч градусов. Низкотемпературная плазма вырабатывается специальным плазмотроном.

Особенности точечной контактной сварки

Для осуществления такой сварки необходимо разместить свариваемые листовые материалы внахлест, и прижать их двумя электродами с одной и с другой стороны. Сила прижима должна быть значительной, чтобы исключить дребезжание изделий. Затем через электроды пропускается ток. Электрическое сопротивление стальных изделий приводит к тому, что поверхность под электродами разогревается за считанные доли секунды до температур оплавления стали. Площадь сварной поверхности, как правило, равна площади электрических контактов.

Особенности холодной сварки

Данный вид сварки не требует разогрева поверхности и оплавления изделий. Холодая сварка осуществляется за счет деформаций в нормальных условиях, и даже в условиях минусовых температур.

Необходимо достичь возникновения металлической связи между атомами двух свариваемых изделий.

На качество сварного соединения в наибольшей степени влияет чистота поверхностей. Поэтому перед началом работ поверхности необходимо тщательно очистить от окислов и следов жира.

Процесс холодной сварки осуществляется в следующей последовательности: два металлических листа кладутся на приспособление, зачищенные участки поверхности необходимо поместить на оси пуансонов, пуансоны из износостойкой инструментальной стали сжимаются со значительным усилием, в результате чего образуется сварное соединение.

Металлургические процессы при сварке плавлением

Сварка металлов уже давно применяется в промышленности, и самой популярной является сварка плавлением при помощи электрической дуги. Этот ручной способ соединения металлов придумали в 80-ые года прошлого века, и за прошедшее время появилась новая сварочная аппаратура, другие виды электродов. Сам процесс видоизменился: теперь для высоколегированных сплавов используют специальный электроды и защищают зону шва инертными газами.

В наши дни для сварщика доступны более 20 видов электросварки, например, в электролите, плазменной струей, под защитой аргона. Даже классический способ, при котором электрическая дуга контактирует с металлом через электрод, видоизменился для соединения диэлектрических материалов или металлизации деталей. Такая технология сварки плавлением получила название косвенная дуговая сварка.

Сущность процесса сварки плавлением

Сварка плавлением ― это способ соединения заготовок методом расплавления соприкасающихся поверхностей без сжатия. Источник энергии должен обеспечивать мощность, достаточную для плавления кромок деталей и присадочного материала. Для образования сварочной ванны, которая представляет собой смесь жидких металлов, пламя концентрируют на небольшом участке стыка. При перемещении места приложения тепловой энергии вдоль линии соединения после остывания создается сварочный шов по всей длине.

Вместе с металлом плавятся загрязнения, поэтому на поверхности ванны образуется шлак. Верхние слои нагреваются выше температуры плавления, что приводит к изменению структуры и механических характеристик шва после остывания. К достоинствам сварки плавлением относят универсальность и возможность соединения разнородных металлов.

Разновидности и методы сварки металлов плавлением

Виды и способы сварки плавлением настолько разнообразны, что ученые научились подчинять плазму для сплавления и резки металлов. Предложенный способ основан на вдувании струи инертного газа через два электрода, создающие большой дуговой разряд. Газ из нейтрального канала попадает на дугу, в результате чего молекулы газа ионизируются, создавая плазменную струю высокой температуры. Мощность струи регулируются при помощи вариаций с составом газа или изменением давления.

Достоинство плазмы в том, что ей можно резать нержавеющие и алюминиевые сплавы, что невозможно обычным газокислородным способом.

Появлялись не только новые способы сварки, но и развивалась техника. Промышленность требовала быстрого изготовления сотен шаблонных деталей, и поэтому появилась автоматическая дуговая сварка.

Чтобы решить технологическую задачу и повысить производительность, была придумана автоматическая сварка под флюсом. Принцип был в том, что сварочная проволока находилась закрытой под специальным веществом – флюсом – который защищал место сварки от воздействия атмосферы и формировал сварочный шов. Сварка плавлением и сварка давлением имеют свои особенности.

А автоматическая сварка позволяет:

  • Увеличить производительность работы, благодаря применению большой силы тока и больших по диаметру электродов. Флюс защищает сварочную зону, а также не позволяет металлу разбрызгиваться. Это позволяет сэкономить на материале и сформировать ровный шов.
  • Благодаря тому, что отсутствуют потери от огарков и разбрызгивания, то экономится не только металл, но и электропроводная проволока.
  • Тепло дуги используется более эффективно, поэтому происходит экономия электроэнергии.

Полуавтоматическая сварка

В качестве дальнейшего развития автоматического способа была разработана полуавтоматическая сварка. В ней дугу перемещают вдоль шва ручным способом, а автоматическим способом подается проволока. Оборудование для электрической сварки плавлением стало популярно на каждом предприятий. Особенно, где требуется сварка корпусных конструкций, содержащих большое количество угловых соединений.

Появились разработки, позволяющие сваривать даже в верхнем положении. Чтобы сварочная ванна оставалась на своем месте, ее придерживает медный диск.

Электрошлаковая сварка

Постепенно автоматическая дуговая сварка преобразовалась в электрошлаковую. При таком способе получается низкий расход электроэнергии, а благодаря большой силе тока можно сваривать металлы большой толщины.

Главным преимуществом при электрошлаковой сварке является то, что не нужно подготавливать кромки деталей.

Эта сварка также подразделяется на несколько типов, зону сварного шва защищают флюсом или газовой средой. Самая популярная защита из аргона, который не позволяет окисляться металлу в месте сварного шва. Позже появились и более современные виды сварки, например, вибродуговая наплавка. Она позволяет наносить на деталь тонкий слой металла.

Читайте так же:
Фрезер кромочный макита rt0700cx2

Виды сварки плавлением

В зависимости от источника тепла к основным видам сварки плавлением относят электрическую и газовую. По способу выполнения электрический вид подразделяется на несколько разновидностей.

Газовая

Газовая сварка плавлением за счет плавного нагрева позволяет соединять заготовки из чугуна, цветных металлов, высокоуглеродистой стали. Зазор между деталями заполняют присадочной проволокой, которая плавится вместе с основным металлом. Стык нагревают пламенем горелки, которое образуется при сгорании смеси кислорода с горючим газом:

  • ацетиленом;
  • бутаном;
  • пропаном;
  • водородом;
  • парами керосина или бензина.


Схема газовой сварки
Для газовой сварки не требуется электроэнергия, поэтому ремонтные работы можно проводить даже в чистом поле. Недостатком считают невозможность работы с заготовками толщиной больше 5 мм.

Электродуговая

Электродуговая сварка выполняется за счет тепла дуги, которая возникает при прохождении тока через электрод и заготовки. Из расплавленного металла деталей и электрода или присадочной проволоки образуется сварочная ванна. После остывания формируется шов. Разновидности классифицируют по следующим признакам:

  • виду тока ― переменный или постоянный; когда на электроде минус, полярность прямая, если плюс ― обратная;
  • типу электрода ― плавящийся, неплавящийся;
  • уровню механизации ― ручная, полу и полностью автоматическая;
  • виду дуги ― прямого действия (между металлом и электродом), косвенного (между двумя электродами);
  • способу защиты места сварки ― инертный газ, флюс, покрытие электрода.


Схема электродуговой сварки

Металл плавящегося электрода должен быть таким же, как у заготовок или близким по составу. Когда марку стали определить невозможно варят переходным (буферным) электродом. Его также используют для соединения элементов из стали с разным составом. В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые, графитовые, угольные стержни. Присадочная проволока и свариваемые детали должны быть близкими по химическому составу.

Лазерная Индукционная Технология дуговой сварки: виды, оборудование, методы и их особенности Дуговая Технология дуговой сварки: виды, оборудование, методы и их особенности

Технологический процесс косвенной дуговой сварки

Во время нее дуга возникает между двумя электродами, закрепленными на держателя. Электричество не уходит в металл, а наплавление происходит благодаря близко расположенной горящей дуге. Регулировать уровень наплавления металлов можно при помощи приближения или отдаления электрической дуги.

Косвенная сварка востребована для низкоуглеродистых сталей, цветных металлов, при изготовлении небольших деталей.

Когда речь о выплавке из металла небольшого и очень точного инструмента, то необходим очень медленный нагрев в зоне плавления. Этого эффекта позволяет добиться атомно-водородная сварка с косвенным нагревом на металл.

Принцип заключается в том, что между двумя вольфрамовыми электродами диаметром от 1,5 до 4 мм, когда происходит сварка металлов плавлением, подается водород. Газ, попадая в дугу, превращается из двухатомного водорода в атомарный вид. Для этого процесса требуется затрата энергии, которую водород берет из дуги. Затем касаясь металла, водород превращается в обычную форму и освобождает энергию. Таким образом, на месте соединения образуется сварочная ванна, в которой происходит соединение металлов. Атомно-водородная сварка близка по своим качествам плазменной сварке.

Требования к качеству сварочных швов

Перечень требований, предъявляемых к сварным соединениям, определяется назначением готового изделия. Однако есть обязательные требования, в соответствии с которыми должен выполняться сварной шов. По твердости и прочности он не должен уступать металлу заготовок.

Для визуального контроля шов очищают от шлака и окалины, которые образуются при сварке плавлением. Ширина шва должна быть одинаковой по всей длине, поверхность мелкочешуйчатой. Не допускается наличие наплывов, пропусков, сужений. Если на металле есть поры или трещины шов бракуется.

Вид сварки плавлением выбирают в зависимости от решаемых задач. Когда приходится часто работать вне помещения удобней будут переносные дуговые аппараты или газовая горелка с баллонами. При работе на одном месте лучше выбрать полуавтоматический вариант, а для массового производства автоматический.

В книге приведены классификация сварочных процессов и сравнительная характеристика различных способов сварки. Рассмотрены вопросы свариваемости основного металла и причины возникновения дефектов в сварных соединениях, сварка аргоном алюминия. Даны сведения о сварочных материалах, оборудовании и режимах, применяемых при сварке и наплавке разнообразных конструкций из углеродистых, низколегированных и легированных сталей, легких металлов и сплавов. Даны сведения о способах неразрушающего контроля качества сварных соединений Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников предприятий и научно-исследовательских организаций. 171 табл.; 442 ил.; список лит. 35 назв. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1. Алов А.А. Основы теории процессов сварки и пайки. М., «Машиностроение», 1964, 272 с. 2. Бельфор М.Г., Калеиский В.К., Литвинчук М.Д. Оборудование для автоматической и полуавтоматической сварки и наплавки. М., «Высшая школа», 1967, 172 с. 3. Гермаи С.И. Электродуговая сварка теплоустойчивых сталей перлитного класса. Изд. 2-е, М., «Машиностроение», 1972, 200 с. 4. Гуревич С.М., Рабкин Д.М. Зварювання кольорових металiв i iх сплавiв. Киiв, Держтехвидав УРСР, 1964, 120 с. 5. Заруба И.И. и др. Сварка в углекислом газе. Изд. 2-е, Киев, «Технiка», 1966, 291 с. 6. Земзин В.Н. Сварные соединения разнородных сталей. М.—Л., «Машиностроение», 1966, 232 с. 7. Касаткин Б.С., Мусияченко В.Ф. Низколегированные стали высокой прочности для сварных конструкций. Киев, «Технiка», 1970, 188 с. 8. Каховский Н.И. Сварка нержавеющих сталей. Киев, «Технiка», 1968, 312 с. 9. Лашко Н.Ф., Лащко С.В. Некоторые проблемы свариваемости металлов. М., Машгиз, 1963, 300 с. 10. Лившиц Л.С., Гринберг Н.А., Куркумелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла. М., «Машиностроение», 1969, 188 с. 11. Макара А.М., Мосеидз Н.А. Сварка высокопрочных сталей. Киев, «Технiка», 1971, 140 с. 12. Медовар Б.И. Сварка аустенитных сталей и сплавов. Киев, «Технiка», 1964, 184 с. 13. Медовар Б.И. Сварка жаропрочных аустенитных сталей и сплавов. М., «Машиностроение», 1966. 430 с. 14. Медовар Б.И. и др. Аустенитно-боридные стали и сплавы для свариваемых конструкций. Киев, «Наукова думка», 1970, 148 с. 15. Назаренко О.К. и др. Электронно-лучевая сварка. М., «Машиностроение», 1966, 127 с. 16. Назаров С.Т. Методы контроля качества сварных соединений. М., «Машиностроение», 1964, 128 с. 17. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчёт, проектирование и изготовление сварных конструкций. М., «Высшая школа», 1971, 760 с. 18. Патон Б.Е. (ред.) Технология электрической сварки плавлением, Москва—Киев, Машгиз, 1962, 663 с. 19. Патон Б.Е. (ред.) Электрошлаковая сварка. Изд. 2-е, Москва—Киев, Машгиз, 1959, 410 с. 20. Патон Б. Е., Кубасов В.Н. Эксперимент по сварке металлов в космосе. — «Автоматическая сварка», 1970, № 5, с. 7—12. 21. Патон Б.Е., Лебедев В.К. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки. М., «Машиностроение», 1966, 359 с. 22. Патон Е.О. (ред.) Автоматическая электродуговая сварка. Киев-Москва, Машгиз, 1953, 396 с. 23. Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов. М., «Высшая школа», 1967, 508 с. 24. Пiдгаэцький В.В. Пори, включения i трiщини в зварних швах. Киев, «Технiка», 1970, 236 с. 25. Прохоров Н.Н. Физические процессы в металлах при сварке. Т. 1, М., «Металлургия», 1968, 695 с. 26. Рыкалин Н.Н. Расчёты тепловых процессов при сварке. М., Машгиз, 1961, 296 с. 27. Рябоконь Н.Г. Механизация и автоматизация технологических процессов сварочного производства. М., Машгиз, 1963, 276 с. 28. Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочных процессов. Киев, «Наукова думка», 1964, 87 с. 29. Стеренбогеи Ю.А. и др. Сварка и наплавка чугуна. Киев, , 1966, 210 с. 30. Таубер Б.А. Сборочно-сварочные приспособления и механизмы. М., Машгиз, 1951, 415 с. 31. Фрумин И.И. и др. Технология механизированной наплавки. М., «Высшая школа», 1964, 304 с. 32. Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка. Харьков, Металлургиздат, 1961, 421 с. 33. Фролов В.В. (ред.). Теоретические основы сварки. М., «Высшая школа», 1970, 392 с. 34. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов. Изд. 3-е, М., «Машиностроение», 1970, 408 с. 35. Электроды для дуговой сварки и наплавки. Каталог, Киев, «Наукова думка», 1967, 440 с.

Читайте так же:
Металлические трубы для водопровода

Сварка плавлением.

Сварка плавлением — это процесс соединения двух деталей или заготовок в результате кристаллизации общей сварочной ванны, полученной расплавлением соединяемых кромок. Этот процесс наиболее распространен в сварочной технике.

Нагреть металл соединяемых кромок изделия выше температуры плавления для образования сварочной ванны можно только в том случае, если источником энергии вводится в зону сварки теплоты гораздо больше, чем отводится за это же время процессами охлаждения.

Основная часть теплоты уходит на нагрев холодного изделия, так как теплопроводность металлов очень высокая. Кроме того, большое количество теплоты теряется излучением в окружающую среду.

Поэтому источник энергии при сварке плавлением должен быть большой мощности, высокой сосредоточенности, т. е. концентрировать выделяющуюся энергию на малой площади сварочной ванны и успевать расплавлять все новые и новые порции металла, обеспечивая этим определенную скорость сварки.

Из всех источников энергии, применяемых при сварке плавлением, наибольшей плотностью энергии обладает электронный луч (10 9 Вт/см 2 ).

Однако наиболее широкое применение в качестве источников энергии для сварки плавлением получил дуговой электрический разряд, или электрическая дуга. Это связано с тем, что для возбуждения электронного луча требуется вакуум 10 -4 —10 -5 мм рт. ст.; кроме этого, применение электронного луча для сварки связано с разработкой специальной аппаратуры, высоким напряжением (

20 кВ) и с необходимостью защиты обслуживающего персонала от опасного рентгеновского излучения.

Поэтому его используют для специальных целей, главным образом для сварки тугоплавких и химически активных металлов.

Пламя ацетилено-кислородной горелки находит более ограниченное применение, главным образом при ремонтных работах.

Итак, процесс сварки плавлением осуществляется источником энергии, движущимся по свариваемым кромкам с заданной скоростью (рис. 7).

Рис. 7. Схема сварки плавлением

Рис. 7. Схема сварки плавлением.

Если бы он был неподвижным, то форма сварочной ванны была бы симметричной, а ее сечение круглым. Так как источник энергии движется, то форма сварочной ванны оказывается несимметричной и имеет вид вытянутого овала. Размеры и форма сварочной ванны зависят от мощности источника и от скорости его перемещения, а также от теплофизических свойств металла.

При сварке листовых конструкций из пластически деформированного металла (проката) зона сварки существенно отличается по структуре и свойствам от основного металла. Наличие неоднородностей металла вызывает, в свою очередь, деформацию при короблении сварного соединения.

Введение большого количества энергии при сварке для образования сварного шва вызывает существенную неоднородность в металле сварного соединения — как результат воздействия теплового поля.

Рис. 8. Структура металла шва и околошовной зоны после сварки плавлением

Рис. 8. Структура металла шва и околошовной зоны после сварки плавлением.

В сварном соединении резко различаются три области (рис. 8):

а) основной металл, имеющий в результате прокатки и термической обработки однородную мелкозернистую кристаллическую структуру;

б) зона термического влияния (околошовная зона), в которой металл находился некоторое время при высокой температуре, доходящей на линии сплавления до температуры плавления металла; в этих условиях может резко изменяться структура металла, особенно структура заливающихся сталей; увеличивается размер кристаллических зерен, прорастающих в процессе кристаллизации ванны за линию сплавления; по ширине зоны термического влияния структура металла тоже неоднородна в соответствии с температурным полем при сварке;

в) сварной шов — металл шва представляет собой литую структуру, но имеет характерные особенности.

Кристаллизация сварочной ванны начинается от поверхности сплавления, состоящей из оплавленных кристаллов, которые прорастают в еще жидкую сварочную ванну, как только ее температура достигнет точки плавления. Такая встречная кристаллизация с двух поверхностей сплавления (оплавленные кромки) оттесняет примеси в центр сварочной ванны, создавая неоднородность состава металла шва. Правда, эта неоднородность сглаживается в результате диффузии, идущей при высоких температурах с большой скоростью; в целом структура металла шва оказывается неблагоприятной.

Однако, регулируя процесс кристаллизации изменением скорости охлаждения и направлением отвода теплоты, можно значительно улучшить литую структуру металла шва. Академик Н. Н. Рыкалин создал стройную теорию тепловых процессов при сварке, позволяющую заранее определить оптимальные режимы сварки изделий и регулировать процессы кристаллизации в зоне сварки.

Нагрев металла при сварке до температур, превышающих температуру его плавления, вызывает окисление металла шва и изменение его химического состава. Как будет показано при рассмотрении отдельных способов сварки, существуют два основных пути сохранения требуемого качества металла шва и защиты его от окисления:

1) защита металла сварочной ванны шлаком и введение в процессе сварки легирующих компонентов, повышающих качество металла шва и предохраняющих его от окисления;

2) защита зоны сварки от воздушной атмосферы путем создания защитной атмосферы из инертных газов (аргона, гелия) или из активных газов, таких, как углекислый газ (С02), а также путем создания вакуума.

Физико-химические процессы, возникающие при сварке

Существует три состояния вещества, отличающиеся между собой силами взаимодействия атомов и молекул: твердое, жидкое и газообразное. Переход вещества из одного состояния в другое сопровождается большими затратами энергии, прикладываемой извне. Для твердого и жидкого состояния характерны небольшие расстояния между молекулами, между которыми действуют силы взаимного притяжения. По мере перехода вещества в жидкое, а затем в газообразное состояние эти расстояния увеличиваются, а силы их взаимодействия снижаются. Этот процесс наглядно представлен во время сварки, когда металл плавится, частично переходит в газообразное состояние, а затем возникают обратные процессы, именуемые кристаллизацией.

Процесс плавления металла в зоне сварочного шва приводит к возникновению сложных физико-химических процессов и к образованию характерного соединения, отличающегося по своей структуре от основного металла.

Под физическими понимают процессы, которые не меняют строения элементарных частиц и не приводят к изменению химических свойств основного металла. К таким процессам относятся:

  • прохождение электрического тока и тепловые колебания кристаллической решетки;
  • переход основного и электродного вещества из твердого состояния в жидкое (плавление), перемешивание их между собой, кристаллизация металла в зоне сварочной ванны;
  • напряжения и деформации, возникающие в кристаллической решетке сварочного шва и прилегающей к нему зоны основного металла.

Химические процессы меняют свойства основного металла, в результате чего получаются новые соединения, имеющие отличные свойства. К основным химическим процессам относятся:

  • химические реакции, возникающие в газовой и жидкой фазах и на их границах;
  • образование оксидов, шлаков и других соединений, отличающихся своими химическими свойствами от основного металла.
Читайте так же:
Что такое брошюровка древесины

Влияние физико-химических процессов, происходящих в сварочном шве на прочность соединения настолько велико, что следует рассмотреть этот вопрос более подробно.

Плавление металла

Плавление основного и присадочного материалов в процессе сварки происходит под действием концентрированной энергии, вызванной сварочной дугой, пламенем горелки или одним из других способов, о которых мы расскажем ниже. 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. Сливаясь и перемешиваясь между собой, основной и присадочный металл образуют общую сварочную ванну, границами которой служат оплавленные участки основного металла. Расплавленный в зоне подачи концентрированной энергии металл кристаллизуется, образуя сварочный шов.

Сварочный электрод плавится за счет тепла, сконцентрированного на его конце в приэлектродной области дуги. Количество тепла, выделяемого в этой области, напрямую зависит от силы тока и электрического сопротивления промежутка, образовавшегося между электродом и основным металлом. И чем больше вылет электрода, тем больше его сопротивление, и тем больше выделяется тепла. Нагреваясь до температуры 2300 — 2500°С, конец электрода плавится, а образовавшиеся при этом капли металла переносятся через дуговое пространство и попадают в сварочную ванну. Этому процессу способствуют электростатические и электродинамические силы, поверхностное натяжение, тяжесть металлической капли, давление газового потока, реактивное давление паров металла и т.д. Все эти силы, взаимодействуя между собой, формируют характер капельного переноса, который может быть крупнокапельным, мелкокапельным и струйным (рис.1).

Рис. 1. Расплав и перенос электродного материала: А — метод короткого замыкания; Б — капельный метод; В — cтруйный метод

Крупнокапельный перенос металла характерен для ручной дуговой сварки, мелкокапельный — для сварки под флюсом или в среде углекислого газа, а струйный — для сварки в среде аргона.

Силы поверхностного натяжения формируют каплю на конце электрода и направлены внутрь нее. В отрыве и переносе капли участвуют электродинамические силы и давление газовых потоков. И чем больше сила тока, тем больше эти силы и тем меньшими по размеру будут капли расплавленного металла. При этом происходит электрический взрыв перемычки, образованной между отделяющимся каплей и торцом электрода. Этот взрыв сопровождается выбросом части металла за пределы сварочной ванны (так называемым разбрызгиванием, когда сварочный процесс сопровождается фонтаном искр).

Основной металл плавится под воздействием сконцентрированного в активном пятне тепла, возникающего под воздействием дуги или газопламенной обработки. Электромагнитные силы, вызывающие осевое давление плазменного потока на сварочную ванну, будут пропорциональны квадрату тока, создающего электрическую дугу. Поэтому, меняя силу тока электрической дуги, меняют размеры сварочной ванны в зависимости от толщины свариваемых деталей. Зависимость размеров сварочной ванны от величины напряжения можно выразить уравнениями:

где В — ширина сварочной ванны, L — длина сварочной ванны, Н — глубина сварочной ванны, vсв — скорость сварки, S — толщина свариваемого металла, К — коэффициент, зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода, степени сжатия дуги и т.д.

Процесс формирования сварочной ванны, происходящий под действием силы тяжести расплавленного металла «Рм», давления сварочной дуги «Р » и сил поверхностного натяжения «Рн», представлен на рис.2.

Рис.2 Силы действующие в сварочной ванне и формирование шва: А — нижнее положение; Б — вертикальное; В — горизонтальное; Г — потолочное; Vcb — направление сварки; 1 — порез; 2 — наплыв

Распределение этих сил во многом зависит от расположения сварочного шва в пространстве. При нижнем расположений шва и при сквозном проплавлении жидкий металл удерживается в ванне силами поверхностного натяжения «Р », которые уравновешивают силу тяжести «Р» и давление, оказываемое на ванну источником теплоты «Рд» (рис.2,а), то есть Р = Р + Р . Если это равновесие сил нарушается (Рн < Рд + Рм), то может произойти разрыв поверхностного слоя и металл вытечет из ванны, образуя прожог. В реальных условиях, когда сварочная ванна перемещается вдоль шва, могут возникать дополнительные силы гидродинамического характера, перемещающие расплавленный металл в хвостовую часть ванны. Для того чтобы уравновесить все эти силы, удерживающие жидкий металл в объеме ванны, следует принимать дополнительные меры. Для этого применяют сварку на подкладках и другие удерживающие приспособления. Особенно важно значение таких мер при вертикальном и потолочном расположении шва (рис.2,б,г).

Формирование вертикального шва может происходить по двум направлениям — снизу вверх и сверху вниз. Когда шов формируют снизу вверх, то есть сварка выполняется на подъем, жидкий металл удерживается в ванне только силами поверхностного натяжения, а при сварке сверху вниз к этим силам добавляется давление дуги. Горизонтальный шов на вертикальной плоскости имеет свои особенности. В данном случае при неправильно выбранных режимах сварки жидкий металл может концентрироваться на нижней плоскости шва, нарушая симметрию, что в конечном итоге снижает прочность сварки.

При потолочной сварке силы, действующие на жидкую фазу металла, должны не только удерживать ее от стекания вниз, но и перемещать электродный металл в направлении, противоположном силам тяжести. Во всех указанных случаях следует ограничить размеры сварочной ванны и тепловую мощность дуги.

Кристаллизация металла

Затвердевание расплавленного металла, происходящее в хвостовой части ванны, называется кристаллизацией. Под действием сварочной дуги основной и дополнительный металлы, расплавленные в головной части ванны, перемещаются в ее хвостовую часть, где при снижении температуры подвергаются кристаллизации. 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 металла перемешиваются между собой и, затвердевая, образуют общие кристаллы, что обеспечивает монолитность сварочного 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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector