Все о сварке

Механическая сварка


Механическая электродуговая сварка

КАКИЕ МЕТОДЫ СВАРКИ МЕТАЛЛА СУЩЕСТВУЮТ?

Оглавление:

· Немного общей информации

· Распространенные способы сварки

· Механическая электродуговая сварка

· Способ автоматической сварки под флюсом

· Электрошлаковый способ сварки

· Электронно-лучевой и плазменный методы сварки

· Сварка давлением

· Диффузионный и контактный электрический способы сварки

· Стыковой метод сварки

· Шовный метод соединения металлов

НЕМНОГО ОБЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ

В настоящее время для создания отличного сварного соединения необходимо использовать 1 из 2-х методов – это работа под давлением и связанная с плавлением. Оба эти вида достаточно широко распространены в современном мире.

Сварка плавлением включает в себя электродуговую сварку, лазерную, ванную, электрошлаковую, плазменную и импульсно-дуговую. 2-ая группа является более специфической. Сюда относится сварка контактная, газопрессовая, ультразвуковая, дисперсионная и другие подобные виды. Разумеется, здесь речь пойдет о кратком описании всех типов, которые были упомянуты выше. Начать стоит с самого популярного способа сварки, а именно со сварки плавлением.

Вернуться к оглавлению

Сварка является технологическим процессом, с помощью которого можно получить неразъемное соединение металла благодаря образованию связи атомов.

Сварка неплавящимся электродом.

Сварное соединение выполняется в 2 стадии. На начальном этапе надо сблизить основания свариваемого металла на расстояние, где могут взаимодействовать силы атомов. Обыкновенные металлы при домашней температуре нельзя соединить сжатием, даже прилагая большие усилия. Материалы не могут соединиться из-за их твердости. В процессе сближения контакт будет происходить лишь в малом количестве точек, при этом неважно, насколько тщательно они будут обработаны.

На процесс сварки оказывает влияние загрязнение основания – пленки жира, окислы, слои примесей атомов. В связи с этим качественная сварка в домашних условиях не может быть выполнена. Поэтому получить физический контакт между соединяемыми элементами по всему основанию можно с помощью расплавления материала или за счет пластических деформаций, которые появятся в результате приложенного давления. На второй стадии надо будет выполнить электронное взаимодействие между атомами оснований, которые соединяются. В дальнейшем основание раздела между заготовками исчезнет и произойдет атомная или ионная связь металла.

Различается 3 класса сварки: сварка с помощью плавления, давления, а также сварка термомеханическим способом.

Подробная классификация способов сварки изображается на рис. 1.

Рисунок 1. Классификация способов сварки.

К сварке с помощью плавления можно отнести виды сварки, которые осуществляются плавлением без прикладываемого давления. Главными источниками теплоты во время сварки этим способом являются пламя газов, дуга сварки, лучевые энергетические источники и джоулево тепло. В этом способе расплавы заготовок, которые соединяются, будут объединены в единую ванну сварки. В случае охлаждения произойдет кристаллизация расплава в единый шов.

В процессе термомеханической сварки применяется энергия тепла и давление. Объединить элементы в монолитную конструкцию можно, для чего понадобится приложить нагрузки механическим способом. Подогрев изделий при этом сможет обеспечить необходимую пластичность элементов.

К сварке с помощью давления стоит отнести операции, которые осуществляются в процессе механической энергии в форме давления. Впоследствии материал будет деформироваться и течь. Металл переместится вдоль основания раздела, унеся с собой слой загрязнения. В непосредственный контакт вступят новые слои материала, которые находятся под химическим взаимодействием.

Распространенные способы сварки

Вернуться к оглавлению

Механическая электродуговая сварка

Электродуговая сварка.

Подобный метод сварки на сегодняшний день наиболее часто используется во время сварки металлов. В таком случае тепловым источником будет электродуга между несколькими электродами, одним из них будет материал, который сваривается. Электродуга является разрядом большой мощности в среде газа.

Существует 3 стадии зажигания дуги: замыкание электрода на обрабатываемый материал, отвод электрода на 4-6 мм и образование стабильного разряда дуги. Короткое замыкание выполняется для того, чтобы разогреть электрод до температуры экзоэмиссии электронов с повышенной интенсивностью.

На следующем этапе электроны, которые эмитируются электродом, будут набирать скорость в электрическом поле и вызовут ионизацию промежутка катод-анод, что приведет к образованию разряда дуги. Электродуга – это сосредоточенный источник тепла, который имеет температуру до 6000°С. Токи сварки достигнут 2-3 кА в процессе напряжения дуги 10-40 В. Чаще всего применяется дуговой вариант сварки электродом с покрытием. Это механическая сварка электродом, который покрыт необходимым составом. Он имеет следующее назначение:

1. Газовая и шлаковая защита расплава от атмосферы.

2. Легирование шва металла всеми нужными элементами.

В состав покрытия входят следующие вещества:

· шлакообразующие, которые предназначаются для защиты оболочкой расплава;

· вещества, которые образуют газы CO2, Ch5, CCl4;

· легирующие, которые улучшают свойства шва;

· раскислители, которые используются для того, чтобы устранить окислы железа.

На рис. 2 можно увидеть ручную сварку покрытым электродом, где:

Рисунок 2. Ручная сварка покрытым электродом.

1. Детали, которые свариваются.

2. Шов сварки.

3. Флюсовая корка.

4. Защита от газа.

5. Электрод.

6. Электродное покрытие.

7. Ванна сварки.

Между элементами (1) и электродом (5) будет разжигаться дуга. Обмазка (6) в процессе расплавления обеспечит защиту шва от окисления, а также будет повышать его свойства с помощью легирования. Под влиянием температуры дуги электрод и обрабатываемый материал будут плавиться, создавая ванну (7), которая в будущем превратится в шов (2). Последний будет покрыт флюсовой коркой, которая предназначается для его защиты. Для того чтобы была возможность получить качественный шов, сварщик должен расположить электрод под углом приблизительно 15-20° и перемещать его в процессе расплавления вниз, чтобы сохранять непрерывную длину дуги вдоль оси шва для заполнения разделочного шва металлом. Чаще всего в этом способе кончиком электрода выполняют поперечные колебания, чтобы получить валики необходимой ширины.

Вернуться к оглавлению

pdnr.ru

Механические способы сварки

Главная » Механические способы сварки

Сварка трением. Нагрев кромок осуществляется трением. При трении убираются оксидные пленки металла, возникает контакт между двумя деталями, затем - сварное соединение. Особенностью этого вида сварки является то, что механическая энергия переходит в тепло, а разогревается именно зона будущего шва. Теплота выделяется, если одна деталь вращается относительно другой, при поступательных движениях в плоскости стыка.

При давлении, по мере того, как увеличивается скорость вращения, притираются кромки друг к другу, увеличивается площадь контакта, возникают и рушатся связи между атомами металла, температура в стыке увеличивается, трение распространяется на всю площадь контакта, появляется тонкий пластифицированный слой металла, свариваемые поверхности тесно сближаются. Употребляется этот способ для сварки разнородных материалов, которых другими способами приварить трудно.

Сварка взрывом. Соединение устанавливается под действием энергии взрыва. Производят на специальных полигонах, вдали от жилых помещений. Перед сваркой нужно очистить соединяемые поверхности от загрязнений. Применяется для плакирования труб и стержней.

Ультразвуковая сварка. Соединение устанавливается с помощью ультразвуковых колебаний и сжимающих давлений. От ультразвукового генератора ток подается на обмотку вибратора, состоящего из тонких пластин. Вибратор соединяется с концентратором, усиливающим амплитуду колебаний. Колебательные ультразвуковые движения разрушают слой окиси и неровности на поверхности при этом виде сварки. Эти колебания и давление сварочного инструмента вызывают течение металла по свариваемым кромкам. Метод сварки применяется для соединения кромок листов металла небольшой ширины.

См. также:

Категория: Сварка | Просмотров: 5422 | Теги: Способы сварки | Рейтинг:

0.0

/

0

Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.[ Регистрация | Вход ]
Tweet В Мой Мир Поделиться

www.autowelding.ru

Основные методы и способы сварки

 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И СПОСОБЫ СВАРКИ

Сварка это процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. В настоящее время создано очень много методов сварки. Все известные виды сварки принято классифицировать по основным физическим, техническим и технологическим признакам. По физическим признакам, в зависимости от формы используемой энергии, предусматриваются три вида сварки:  термическая сварка, термомеханическая сварка и механическая сварка.

Термический вид сварки включает все методы с использованием тепловой энергии (дуговая сварка, газовая сварка, плазменная сварка и т. д.).

Термомеханический вид объединяет все методы сварки, при которых используются давление и тепловая энергия (контактная сварка, диффузионная сварка)

Механический nbsp;вид включает методы сварки, осуществляемые с помощью механической энергии (холодная сварка, сварка трением, ультразвуковая сварка, сварка взрывом).

Методы сварки классифицируются по следующим техническим признакам:

• по типу защитного газа (в активных газах, в инертных газах);• по способу защиты металла в зоне сварки (на воздухе, в среде защитного газа, в вакууме, под слоем флюса,  с комбинированной защитой);• по степени механизации (ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая);

• по характеру защиты металла в зоне сварки (со струйной защитой, в контролируемой атмосфере).

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ МЕТОДЫ СВАРКИ

Дуговая (электродуговая) сварка.  Дуговая сварка металла это сварка плавлением, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплом электрической дуги. Наибольшее применение получили четыре способа дуговой сварки.

Ручная дуговая сварка металла

Схема ручной дуговой сварки

Может производиться двумя способами:неплавящимся электродом и плавящимся электродом.При ручной дуговой сварке  неплавящимся электродом  свариваемые кромки изделия приводят в соприкосновение. Между неплавящимся (угольным или графитовым) электродом и изделием возбуждают дугу. Кромки изделия и вводимый в зону дуги присадочный материал нагреваются до плавления, образуется ванночка расплавленного металла. После затвердевания металл в ванночке образует сварной шов. Этот способ используется при сварке цветных металлов и их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов.При ручной дуговой сварке  плавящимся электродом используется так называемый штучный электрод с покрытием-обмазкой.  Этот способ является основным при ручной сварке. Электрическая дуга возбуждается аналогично первому способу, но расплавляет и электрод и кромки изделия. Получается общая ванна жидкого металла, которая, охлаждаясь, образует шов.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка металла под флюсом

Автоматическая и полуавтоматическая сварка металла под флюсом выполняется путем механизации основных движений, выполняемых сварщиком при ручной сварке металла - подачи электрода в зону дуги и перемещения его вдоль свариваемых кромок изделия. При полуавтоматической сварке механизирована подача электрода в зону дуги, а перемещение электрода вдоль свариваемых кромок производит сварщик вручную. При автоматической сварке металла механизированы все операции, необходимые для этого процесса. Жидкий металл в ванночке защищают от воздействия кислорода и азота воздуха расплавленным шлаком, образованным от плавления флюса, подаваемого в зону дуги. Такая сварка металла обеспечивает высокую производительность и хорошее качество сварного шва.

Дуговая сварка металла в защитном газе

Дуговая сварка металла в защитном газе выполняется неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся электродом. В первом случае сварной шов формируется за счет металла расплавленных кромок изделия. При необходимости в зону дуги подается присадочный материал. Во втором случае подаваемая в зону дуги электродная проволока расплавляется и участвует в образовании шва. Защиту расплавленного шва от окисления и азотирования осуществляют струей защитного газа, оттесняющего атмосферный воздух из зоны дуги.

Электрошлаковая сварка металла

Электрошлаковая сварка металла осуществляется путем плавления металла свариваемых кромок изделия, расположенных вертикально или под углом 45о, и электрода теплотой, выделяемой током при прохождении через расплавленный шлак. Кроме того, шлак защищает расплавленный металл от воздействия воздуха. Снизу к свариваемым изделиям приваривается вручную поддон. По обе стороны зазора между изделиями прижимаются формирующие шов медные ползуны с водяным охлаждением. Затем на поддон насыпается специальный флюс, над которым располагаются одна или две электродные проволоки. Дуга возбуждается под флюсом между электродами и поддоном. В зону горения дуги электродная проволока подаётся специальным механизмом. За счёт тепла дуги электродная проволока и флюс расплавляются, в результате образуется ванна расплавленного металла и над ней шлаковая ванна. В дальнейшем необходимое тепло образуется за счёт прохождения тока через расплавленный шлак, обладающий высоким сопротивлением (согласно закону Ленца-Джоуля). По мере накопления в ванне жидкого металла и шлака медные ползуны вместе с механизмом подачи электродной проволоки и флюса перемещаются автоматически снизу вверх со скоростью подъёма жидкого металла.

Особые виды сварки металла

В промышленности и строительстве все более широкое распространение получают тугоплавкие и химически активные металлы и сплавы. Они применяются в особо ответственных узлах. Для получения высококачественных швов в этих случаях используют источники с высокой концентрацией теплоты и осуществляют сварку в среде с очень низким содержанием кислорода, азота и водорода. Наиболее часто применяются электронно-лучевая и плазменная сварки.

Электронно-лучевая сварка металла осуществляется путем использования кинетической энергии концентрированного потока электронов, движущихся с большой скоростью в вакууме. Устройство для электронно-лучевой сварки похоже на устройство кинескопа (катод, ускоряющий электрод, магнитная линза, напряжение 30-100 кВ).

Плазменная сварка металла основана на использовании струи ионизированного газа - плазмы, содержащего электрически заряженные частицы и способного проводить ток. Энергия дуговой плазменной струи зависит от сварочного тока, напряжения, расхода газа и др. факторов. Источники питания дуги должны иметь рабочее напряжение более 120 В. Плазмообразующий газ служит также защитой расплавленного металла от окружающего воздуха.

КЛАССИФИКАЦИЯ   МЕТОДОВ   СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Существующие методы сварки плавлением могут быть классифицированы по виду источников теплоты, способы сварки - по характеру защиты ванны и свариваемого металла от взаимодействия с атмосферой воздуха, особенности введения теплоты, степени автоматизации процессов и другим признакам. По виду источника теплоты могут быть выделены методы сварки плавле­нием: дуговая электрошлаковая; электронно-лучевая; свето-лучевая;   газовая;  плазменная;  термитная.

По характеру защиты свариваемого металла и сварочной ванны от окружающей атмосферы могут быть выделены способы сварки со шлаковой, газошлаковой и газовой защитой.

По особенностям введения теплоты различают способы сварки с непрерывным нагревом и импульсным.

По степени автоматизации процесса существующие способы сварки могут быть разделены на ручную, механизированную и автоматическую.

Характеристика наиболее широко применяемых в промышлен­ности методов и способов сварки плавлением, учитывающая отме­ченные технологические признаки,  приведена в таблице

Классификация методов и способов сварки плавлением
 

Отличительные признаки способов сварки

Дуговая сварка

Электрошлаковая сварка

Источник теплоты

Теплота, выделяющаяся при бомбардировке поверхности на­грева заряженными частицами, и теплота плазмы столба дуги

Теплота,   выделя­ющаяся   при  прохо­ждении   тока   через расплавленный  шлак

Характер защиты

Газошлаковая и газовая инертными  и активными газа­ми. Местная и общая.  При нормальном внешнем и повы­шенном давлениях и в вакууме

Шлаковая

Введение теплоты

Непрерывный, импульсный

Непрерывный

Степень    автомати­зации

Ручная, механизированная и автоматическая

Автоматическая и механизированная

 

Отличительные признаки способов сварки

Лазерная сварка

Электронно-лучевая сварка

Источник теплоты

Теплота, выделяющаяся при бомбардировке поверх­ности нагрева электронами, получившими   ускорение в поле высокого  напряжения

Теплота, выделяющая­ся при  поглощении  по­верхностью нагрева  ин­дуцированного излуче­ния с определенной дли­ной волны

Характер защиты

Общая в вакууме

Газовая инертными га­зами.  Местная  и  общая. При нормальном и повы­шенном давлениях и в вакууме

Введение теплоты

Непрерывный, импульсный

Непрерывный, импульсный

Степень    автомати­зации

Автоматическая

Автоматическая

 

Отличительные признаки способов сварки

Газовая сварка

Плазменная сварка

Термитная сварка

Источник теплоты

Теплота, полу­ченная при сжи­гании  горючего газа в кислороде

Теплота, содержащаяся  в ионизированном газовом потоке

Теплота,  со­держащаяся в перегретом жидком  рас­плаве

Характер защиты

Газовая и га­зошлаковая

Газовая, инерт­ными и    актив­ными газами. Местная и общая

Шлаковая

Введение теплоты

Непрерывный, периодический

Непрерывный

Непрерывный

Степень    автомати­зации

Ручная

Ручная и авто­матически

Ручная

 

                          СВАРИВАЕМОСТЬ  И ПАЯЕМОСТЬ МЕТАЛЛОВ

Одним из важнейших свойств металлов является их способ-ность подвергаться той или иной обработке. Можно говорить о способйости металлов пластически деформироваться в холод­ном или горячем состоянии, обрабатываться резанием, изме­нять свои свойства под влиянием термической обработки и т. д.. Очевидно, можно и необходимо говорить о способности метал­лов соединяться в процессе сварки и пайки - о их свариваемо­сти и паяемости. Что следует понимать под свариваемостью и паяемостью металлов и как их оценивать?

Содержание понятия свариваемость металлов не остава­лось неизменным. Впервые оно было сформулировано в конце 20-х, в начале 30-х годов прошлого века. В соответствии с уровнем развития сварки  и   встречающимися затруднениями  под свариваемостью понимали отношение металлов к тепло­вому воздействию. При сварке сталей с повышенным содержа­нием углерода в то время наибольшие затруднения вызывало предупреждение  появления   трещин   в   околошовных участках.   В последующие годы, с одной стороны, резко расширилась номенклатура металлов и сплавов, используемых в сварных, конструкциях, с другой, - были разработаны и применены на практике многие новые методы сварки, значительно усовершен­ствована технология сварочных процессов, достигнуты большие-успехи в разработке теоретических основ сварки. В этих усло­виях изменились и те затруднения, с которыми приходилось, иметь дело при сварке.  Очевидно, что при определении понятия свариваемости ме­таллов необходимо исходить из физической сущности сварки и отношения к ней металлов. Сварку целесообразно рассматри­вать как сочетание нескольких одновременно протекающих; процессов: взаимная кристаллизация металлов, тепловое воз­действие на металл в околошовных участках и плавление, ме­таллургическая обработка и кристаллизация металла шва. Под свариваемостью, следовательно, необходимо понимать отноше­ние металлов к этим основным процессам.   Если металлы однородны, то взаимная кристаллизация лю­бой формы между ними принципиально возможна. Однако свое­образные условия протекания сварки (высокая температура, рост дендритов от поверхностей частично оплавленных зерен, большая скорость кристаллизации, значительная степень де­формации и др.) в некоторых случаях могут вызвать пониже­ние свойств сварных соединений в области взаимной кристал­лизации.

   Понижение свойств металла в области взаимной кристал­лизации возможно и при неправильном подборе присадочного-металла. Например, при сварке алюминиевых сплавов часто-используют присадочные прутки из алюминиевокремниевого-сплава с 5% Si марки АК- Однако при сварке сплавов, содер­жащих магний, магний взаимодействует с кремнием присадоч­ного металла, образуя Mg2Si, включения которого неблагопри­ятно  влияют на  свойства сварного соединения.

   При сварке однородных металлов процесс взаимной кри­сталлизации принципиально возможен. Следует лишь оцени­вать в необходимых случаях степень возможного понижения свойств соединения  в области взаимной кристаллизации.

   При соединении разнородных металлов процесс взаимной кристаллизации далеко не всегда возможен. Например, эта имеет место тогда, когда металлы образуют химические соеди­нения.   В   этих  случаях   внутрикристаллическая   форма   связи, 

между металлами возникнуть не может. Очевидно, такие ме­таллы принципиально сварены быть не могут. Это дает право ввести понятие о принципиальности свариваемости металлов. Принципиальная свариваемость есть способность пары метал­лов в условиях сварки образовать соединения на основе вза­имной кристаллизации (внутрикристаллическая форма связи).   В тех относительно редких случаях, когда разнородные ме­таллы могут быть сварены, необходимо оценивать свойства •сварных соединений в области взаимной кристаллизации - сте­пень их принципиальной свариваемости.   Поскольку существуют два различных вида процесса сварки (сварка с расплавлением металлов и сварка в пластическом со­стоянии), то принципиальную свариваемость необходимо со­ответственно подразделять для каждого из этих видов про­цесса.   Условия протекания второго и третьего процессов опреде­ляются методом сварки и его режимами. Поэтому отношение к ним металлов называется технологической свариваемостью. Технологическая свариваемость, в свою очередь, подразде­ляется на тепловую свариваемость (отношение металлов к теп­ловому воздействию) и металлургическую свариваемость (от­ношение металлов к плавлению, металлургической обработке и последующей кристаллизации).   Оценка тепловой свариваемости производится по отноше­нию к вполне определенному свариваемому металлу. Несколько сложнее с оценкой металлургической свариваемости.   Если свариваются детали из одного металла и применяется аналогичный присадочный металл (или последний отсутствует), оценка металлургической свариваемости производится для вполне определенного металла. Если же свариваются неодина­ковые металлы или присадочный металл иной, то оценку метал­лургической свариваемости необходимо производить с учетом образующихся сплавов в металле шва, что несколько услож­няет вопрос. С другой стороны, путем соответствующего под­бора присадочного металла, обеспечивающего получение оп­тимального состава металла шва, можно улучшить металлур­гическую свариваемость металлов.   Оценку технологической свариваемости необходимо произ­водить применительно к конкретному методу сварки, а иногда и к определенным технологическим режимам. Очень часто ме­талл хорошо сваривается одним методом и неудовлетворитель­но другим. Например, дуралюмин удовлетворительно свари­вается точечной сваркой и плохо - газовой.   Технологическая свариваемость не есть нечто присущее ме­таллам и сплавам. С развитием технологии сварки плохо сва­ривающиеся металлы и сплавы часто становятся хорошо сваривающимися. Правильная оценка технологической сваривае­мости требует глубокого анализа процесса сварки и хорошего изучения свойств свариваемого металла.   В настоящее время разработано много методик определе­ния тепловой свариваемости металлов. Несколько сложнее оп­ределение металлургической свариваемости. Большое число факторов, влияющих на металлургическую свариваемость, тре­бует для ее определения более сложных экспериментальных ис­следований. На практике этот вопрос решается путем проверки химического состава металла шва, его механических свойств, чувствительности к образованию трещин и газовой пори­стости и т. д.   До настоящего времени еще не сформулировано понятие о паяемости металлов - об их способности образовывать со­единения при пайке. Очевидно, решение этого вопроса должно быть аналогичным определению свариваемости металлов. Под паяемоетью металлов и сплавов необходимо понимать их отно­шение ко всей совокупности процессов, происходящих при пайке. Последние, аналогично сварке, могут быть подразде­лены, как уже указывалось выше, на три обобщенных процесса. Следовательно, паяемость и есть отношение металлов и спла­вов к этим процессам.

   Однако следует отметить, что с помощью пайки могут быть соединены любые однородные и разнородные металлы. По­этому введение понятия о принципиальной паяемости метал­лов вряд ли имеет практический смысл. Правильный подбор припоез позволяет обеспечить в подавляющем большинстве случаев вполне удовлетворительные свойства соединения в об­ласти непосредственного взаимодействия припоя с паяемым ме­таллом.

www.svartex.ru

Детали машин



Сварка - это технологический процесс соединения твёрдых материалов (металлов и некоторых неметаллов) в результате действия межатомных сил, которое происходит при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании свариваемых деталей конструкций.

Современные способы сварки металлов можно разделить на две большие группы: сварка плавлением (сварка в жидкой фазе, термическая сварка), и сварка давлением (сварка в твёрдой фазе, механическая, термомеханическая).

При сварке плавлением материал соединяемых деталей самопроизвольно, без приложения внешних сил соединяется в одно целое в результате расплавления, смачивания и взаимного растворения в зоне сварки. К сварке плавлением относятся: дуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая, лучевая и др.

При сварке давлением для образования соединения без расплавления требуется значительное давление на контактную поверхность свариваемых деталей. К сварке давлением относятся холодная, ультразвуковая, сварка трением, взрывом и др.

Граница между этими группами не всегда достаточно чёткая, например возможна сварка с частичным оплавлением деталей и последующим сдавливанием их (контактная электросварка).

Виды и способы сварки можно классифицировать и по другим признакам, например, по роду энергии: электрическая (дуговая, контактная, электрошлаковая, плазменная, индукционная и т. д.), механическая (трением, холодная, ультразвуковая и т. п.), химическая (газовая, термитная), лучевая (фотонная, электронная, лазерная).

Наиболее распространенными видами сварки являются электродуговая, электронно-лучевая, газовая (термическая сварка плавлением); контактная и термокомпрессионная (термомеханическая сварка); трением, холодная и ультразвуковая (сварка давлением или механическая сварка).

Электродуговая сварка

Электросварка - один из способов сварки, использующий для нагрева и расплавления металла электрическую дугу, образующуюся между электродом и свариваемым металлом.

Температура электрической дуги (до 7000°С) значительно выше температуры плавления всех известных металлов, поэтому процесс дуговой сварки сопровождается быстрым и эффективным расплавлением свариваемых деталей в зоне соединения.

В процессах электродуговой сварки применяются как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды (угольные, графитовые, вольфрамовые). В первом случае формирование сварного шва происходит плавящимся электродом, во втором случае - расплавлением присадочного материала (проволоки, прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Электродуговую сварку часто выполняют в среде защитного газа (аргона, гелия, углекислоты или их смесей) для защиты металла сварного шва от окисления. Газы подаются в зону дуги из сварочной головки в процессе электросварки.

Различают электродуговую сварку переменным и постоянным током. Сварка постоянным током меньше разбрызгивает металл, поскольку отсутствует амплитудное колебание напряжения, инициирующие разбрызгивание.

Электродуговую сварку классифицируют по разным технологическим признакам: по степени механизации (ручная, полуавтоматическая, автоматическая, по роду используемого электрического тока (постоянный с плюсом на электроде, постоянный с минусом на электроде, переменный), по типу дуги (зависимая дуга, независимая дуга), по свойствам электрода (плавящийся, неплавящийся), по свойствам материала покрытия электродов и некоторым другим показателям.

Дуговая электрическая сварка - важнейшее российское изобретение. Угольно-дуговая сварка впервые предложена Н. И. Бенардосом в 1882 г. Н. Г. Славянов в 1888 г. предложил сварку металлическим электродом.

Газовая сварка

Газовая сварка сопровождается местным расплавлением металла пламенем горючих газов сварочной горелки. Для повышения температуры пламени применяют смесь горючего газа с технически чистым кислородом. В качестве горючего газа чаще всего используется ацетилен, поскольку ацетилено-кислородное пламя даёт очень высокую температуру горения (3100 - 3200°С). Водородно-кислородная, бензино-кислородная и другие виды газовой сварки применяются реже.

Ацетилен получают разложением карбида кальция в воде с помощью ацетиленовых генераторов или промышленным способом. Кислород и ацетилен по шлангам подводятся к сварочной горелке, смешиваются в ней и сгорают на выходе из мундштука горелки, образуя сварочное пламя, которое одновременно оплавляет кромки соединяемых деталей и пруток присадочного металла, создавая сварной шов.

Газовая сварка применяется для стали, чугуна, меди, алюминия, всевозможных сплавов, при толщине свариваемых деталей от 0,1 до 6 мм, реже до 40 - 50 мм, так как при большой толщине заготовок выгоднее использовать более дешёвые и удобные способы сварки. Широко распространена также наплавка всевозможных деталей с помощью газовой сварки.

Технология газовой сварки плохо поддается автоматизации и механизации, поэтому этот вид сварки обычно выполняется вручную. Газовая сварка даёт удовлетворительное качество шва, однако при этом способе сварки нередки случаи коробления свариваемых деталей вследствие нагрева большой площади металла. Преимущества газовой сварки: портативность и невысокая стоимость аппаратуры.

Недостатками этого вида сварки является высокая стоимость и взрывоопасность работ.

Лазерная сварка

Лазерная сварка - технологический процесс получения неразъемного соединения частей изделия путем местного расплавления металлов посредством нагрева по примыкающим поверхностям с помощью лазерного луча. Когда лазерный луч попадает на металл, энергия излучения поглощается, металл нагревается и плавится. В результате такого плавления и последующей кристаллизации возникает прочное сцепление, образующее сварной шов. Сцепление свариваемых поверхностей основано на межатомном взаимодействии в металле.

Таким образом, лазерная сварка относится к методам сварки плавлением.

Как и любой технологический процесс, лазерная сварка имеет свои преимущества и недостатки. К основным преимуществам лазерной сварки можно отнести: локальность обработки материала, высокую производительность, технологическую гибкость и удобство.

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка имеет сходную с лазерной сваркой принципиальную технологию. При этом способе соединения деталей нагрев осуществляется потоком заряженных частиц, поэтому для эффективности процесса необходим вакуум. Лазерная сварка, в отличие от электронно-лучевой, может осуществляться в атмосфере или любой газовой среде, хотя для уменьшения окислительных процессов в свариваемом металле обычно применяют аргон.

Электронно-лучевой и лазерной сваркой чаще всего сваривают тугоплавкие и сильно окисляющиеся металлы и сплавы.



Контактная сварка осуществляется путем нагрева металла проходящим через него электрическим током в сочетании с пластической деформацией, вызываемой сжимающим усилием между свариваемыми поверхностями. Различают следующие виды контактной сварки: точечную, стыковую, роликовую (шовную) и конденсаторную. Основные параметры режима всех способов контактной сварки - это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей.

Контактная сварка – самый производительный способ сварки в промышленном производстве, допускающий широкую автоматизацию и механизацию процессов. Осуществляется этот вид сварки на контактных сварочных машинах, которые бывают стационарными, передвижными и подвесными, универсальными и специализированными.

Термокомпрессионная сварка

Термокомпрессионная сварка осуществляется под давлением с местным нагревом участка соединения за счет теплопередачи от нагретого электрода. Термокомпрессия - это процесс соединения двух материалов, находящихся в твердом состоянии, при воздействии на них теплоты и давления.

Температура нагрева соединяемых термокомпрессией материалов не должна превышать температуру образования их эвтектики (точки перехода от твердой к жидкой фазе любого из материалов), кроме того, один из материалов обязательно должен быть пластичным.

Получение прочного соединения термокомпрессиоиной сваркой можно объяснись следующим образом. На поверхностях контактной площадки и электродной проволоки имеется множество микровыступов и микровпадин, которые под действием давления и нагрева деформируются. При этом материал электрода и детали взаимно затекают в микровпадины, соединяя детали сплавлением.

В машиностроении и приборостроении термокомпрессионной сваркой чаще всего соединяют следующие пары материалов: золото - германий, золото - кремний, золото - алюминий, золото - золото, алюминий - алюминий, золото - серебро и алюминий - серебро.

Сварка трением

Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения.

Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой или вставки между деталями, при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка с относительно малыми амплитудами и при звуковой частоте. Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения или относительного перемещения свариваемых деталей.

В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы. По мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок, присутствующих на них в исходном состоянии. Граничное трение уступает место сухому.

Далее в контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей.

Разновидностью сварки трением является инерционная сварка. При этом способе вращаемую деталь располагают в маховике, который раскручивают до заданной скорости и далее она вместе с маховиком вращается по инерции. Свариваемые детали соединяют и сварка завершается остановкой вращения маховика.

Холодная сварка

Этот вид сварки осуществляется сильным сжатием соединяемых деталей. Холодная сварка - сложный физико-химический процесс, протекающий только в условиях пластической деформации соединяемых деталей. Без пластической деформации в обычных атмосферных условиях практически невозможно получить полноценное монолитное соединение. Роль деформации при холодной сварке заключается в предельном утонении или удалении слоя оксидов, в сближении свариваемых поверхностей до расстояния, соизмеримого с параметром кристаллической решетки, а также в повышении энергетического уровня поверхностных атомов, обеспечивающем возможность образования химических связей.

В зависимости от схемы пластической деформации заготовок различают точечную, шовную и стыковую разновидности холодной сварки.

Холодной сваркой можно соединять, например, алюминий, медь, свинец, цинк, никель, серебро, кадмий, железо. Особенно велико преимущество холодной сварки перед другими способами сварки при соединении разнородных металлов, чувствительных к нагреву или образующих интерметаллиды.

Для получения прочных и плотных швов необходимо предварительно очистить поверхности контакта от окислов. Прочность соединения при точечной холодной сварке может быть выше, чем при точечной контактной сварке, но при этом значительно хуже внешний вид соединения из-за вмятин и пластической деформации.

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка - способ сварки деталей конструкций с применением ультразвука для сообщения колебаний инструменту, прижимаемому к поверхностям свариваемых материалов. При этом соединение металлов осуществляется в твердой фазе (без расплавления) - металл разогревается до температуры 200...600°С в результате действия сил трения между инструментом и металлом. Пластическая деформация металла облегчается благодаря снижению предела текучести при пропускании через свариваемые детали ультразвуковых колебаний.

Поскольку колебания инструмента способствуют очистке свариваемой поверхности, шов получается высокого качества. Этим способом соединяют отдельными точками или непрерывным швом главным образом листовые металлы (алюминий, титан, медь), некоторые сплавы, пластмассы.

***

Достоинства сварных соединений

Малая масса. По сравнению с заклепочными соединениями экономия металла составляет 15–20%, т.к. в заклепочных соединениях отверстия под заклепки ослабляют материал и обязательно применение накладок или частичное перекрытие соединяемых деталей. По сравнению с литыми стальными конструкциями экономия по массе составляет до 30%. Сваркой можно получить более совершенную конструкцию (литье не допускает большие перепады размеров) с малыми припусками на механическую обработку.

Малая стоимость. Стоимость сварной конструкции из проката примерно в два раза ниже стоимости литья и поковок.

Экономичность процесса сварки, возможность его автоматизации. Это связано с малой трудоемкостью процесса, сравнительной простотой и дешевизной оборудования: не нужны одновременное плавление большого количества металла, как при литье, и мощные дыропробивальные машины для установки заклепок большого диаметра.

Плотность и герметичность соединения. Герметичность сварных соединений используется в различных трубопроводах, газопроводах, металлических сосудах и т. п.

Соединение крупногабаритных деталей. Сварка дает возможность получения конструкций очень больших размеров, что невозможно, например, при литье. Примеры: сварной мост через реку Днепр, антенны радиотелескопов.

К достоинствам сварки следует отнести, также, возможность соединения различных материалов и деталей разных форм. Такие способы сварки, как лазерная, холодная, электронно-лучевая обладают рядом достоинств, которые позволяют использовать их при изготовлении высокоточных деталей и соединений.

***

Недостатки сварных соединений

Возможность получения скрытых дефектов сварного шва (трещины, непровары, шлаковые включения). Применение автоматической сварки в значительной мере устраняет этот недостаток.

Трудность контроля качества сварного шва. Существующие рентгеноскопические и ультразвуковые методы сложны.

Коробление деталей из–за неравномерности нагрева в процессе сварки.

Невысокая прочность при переменных режимах нагружения. Сварной шов является сильным концентратором напряжений.

***

Область применения сварных соединений

Сварные соединения широко применяют в строительстве. В машиностроении сварку применяют для получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве. Сварными выполняют станины, рамы, корпуса редукторов, шкивы, зубчатые колеса, коленчатые валы, корпуса судов, кузова автомобилей, обшивку железнодорожных вагонов, трубопроводы, мосты, антенны радиотелескопов и др.

В массовом производстве применяют штампосварные детали.

Наибольшее распространение получили соединения электродуговой и газовой сваркой. Хорошо свариваются низко– и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали, чугуны и сплавы цветных металлов свариваются хуже.

***

Типы сварных швов и их расчет на прочность



k-a-t.ru


Смотрите также