Сварочный процесс формирует неразъемное соединение различных частей каких-либо металлов за счет образования новых межатомных связей.

Он заключается в создании локального или повсеместного прогрева, пластической деформации, или одновременного действия обоих факторов. Современные сварочные технологии представлены почти сотней видов автоматизированной и ручной сварки.

Имеются три разновидности или типа сварки. По методу получения энергии соединения ее делят на термическую, термомеханическую и механическую.

К термической сварке причисляют процессы с использованием электрической дуги, газа, плазмы и других источников теплового излучения. Именно благодаря ему происходит нагрев и сварка.

В термомеханических видах кроме тепловой энергии применяют давление для получения неразрывного соединения.

В механической теплоту получают за счет трения, давления, ультразвука или взрыва.

Виды сварочных работ многообразны и их классификация производится по разным критериям. Классификация идет по способу , по непрерывности процесса сварки, степени механизации, используемым газам. Кроме этого имеются технологические признаки, которые индивидуальны для каждого вида сварки.

Виды сварных соединений подробно описаны в ГОСТ (государственных стандартах). Кроме этого имеется большое количество ГОСТ описывающих виды сваривания, способы контроля сварных швов, меры безопасности при производстве сварочных работ.

Термическое сваривание материалов

Термические процессы основываются на плавлении соединяемых деталей за счет тепловой энергии. Выделяю несколько видов термической сварки:

• электродуговая (в среде защитных газов, под флюсом и прочие);
• электрошлаковая;
• электронно-лучевая и лучевая (лазерная);
• плазменная;
• газовая;
• термитная.

Самое широкое применение получила . Но и другие виды востребованы в различных современных сферах производства и в бытовых условия.

Расплавление электрической дугой

Электродуговой вид сварки работает за счет выделения энергии в дуге из-за того, что сопротивление дуги значительно больше, чем сопротивление всей электрической цепи, образующей замкнутый контур.

Поэтому практически все тепловая энергия выделяется в дуге, разогревая ее до 4,5-6 тысяч градусов и вызывая плавление любого металла. Дуга возникает в зазоре электрода и свариваемого металла, вызывая их плавление.

При остывании создается неразрывный шов, свойства которого связаны с током, составом присадки и многими другими факторами.

Дуговое сваривание производится плавящимися и неплавящимися стержнями (электродами). В оборудовании используется инверторная технология, что позволило создать компактные производительные устройства.

При сварке заготовок с помощью электрода разжигают дугу между ним и поверхностью стыка. Это создается за счет короткого замыкания при прикосновении прутка к металлу, и последующего его отрыва на расстояние 3-5 мм.

Дуга расплавляет конец электрода и кромки свариваемого изделия. В точке образования дуги создается сварочная ванна.

Для получения сварного шва требуется вести электрод вдоль стыка со скоростью достаточной для расплавления кромок и электрода, но не достаточной для прожигания деталей.

После охлаждения металла получается сварной шов по прочности сопоставимый с основой. Электрод может быть в виде отдельного стержня в обмазке или присадочной проволоки на механизме ее подачи.

При сваривании неплавящимся стержнем электродуга возникает между ним и кромками заготовок. Происходит расплавление кромок, если необходимо и присадочной проволоки в образующейся при этом сварочной ванне. Пруток может быть угольным или из вольфрама. Электродом неплавящегося вида обычно работают при (латуни, бронзы, мельхиора) и тугоплавких металлов.

Защита флюсами и газом

Сваривание металла под слоем флюса обычно выполняется автоматически или при наполовину автоматизированном процессе (полуавтоматом). В первом случае все процессы автоматизированы, во втором процесс подачи электрода производится автоматически, а движение горелки осуществляется сварщиком.

Расплав в сварочной ванне защищается расплавом шлака от воздействия атмосферного воздуха. Шлак получается за счет расплавления флюса поступающего в ванну. Вид сварки с применением флюсов весьма производителен, к тому же получается качественный сварной шов без пор и других недостатков.

Сваривание в газе обеспечивает предохранение участка сварки от вредного воздействия паров воды, атмосферного кислорода и азота.

Это обеспечивается за счет подачи струи защитного газа через сопло горелки в сварочную зону, что позволяет вытеснить атмосферный воздух. Используется при применении неплавящихся и плавящихся электродов. В итоге получается качественный шов при высокой производительности труда.

Электрошлаковая

Электрошлаковый вид сварки осуществляется благодаря сплавлению вертикальных краев изделия с электродом. Когда электрический ток проходит через лак, выделяется тепло. Дуга присутствует только на начальном этапе. В дальнейшем металл расплавляется за счет тепла выделяемого шлаком.

С двух сторон зазора устанавливаются ползуны из меди. Их охлаждают путем подачи воды. Снизу устанавливается поддон с флюсом. Между ним и электродом разжигают дугу и подают туда проволоку.

Электрическая дуга расплавляет проволоку и флюс, из них образуется сварочная ванна, над которой всплывает легкий жидкий шлак. По мере расплавления кромок и сварочной проволоки ползуны перемещаются вверх по стыку. В итоге получается качественный шов. Благодаря такому процессу можно варить металлы большой толщины за один проход.

Лучевая

В промышленности, особенно приборостроении и электронике требуется сваривать очень мелкие детали, имеющие особые требования к процессу сварки. Выбор способа сварки в этом случае невелик. С ними могут справиться только мощный световой луч, поток электронов или плазмы.

Чтобы получить шов отличного качества, требуется высокоэнергетический источник. Это может быть лазер или другой подобный источник энергии способный сконцентрировать огромную тепловую энергию на маленьком участке и на малое время. использует энергию разогнанных до большой скорости электронов. В случае с лазером разогрев осуществляется за счет энергии фотонов.

Плазма, газ, термическая реакция

Сущность вида сварки с применением плазмы заключается в формировании струи ионизированного газа, которая является проводником тока.

Температура плазмы достигает 30000 °C, что позволяет плавить любые металлы в кратчайшие сроки. Энергия плазмы зависит от величины сварочного тока, рабочего напряжения, расхода газа. Сварочные швы получаются высокого качества, тонкие, без внутренних напряжений.

Газовое сваривание осуществляется за счет сжигания горючего газа в кислороде и выделения большого количества теплоты. Это один из старейших видов сварки.

Температура газового пламени составляет три тысячи градусов. Благодаря этому расплавляются стыки свариваемого изделия. Процесс расплавления происходит долго, что вызывает нагрев больших участков поверхности соединяемых изделий. При охлаждении вызывает большие напряжения в шве и самой детали.

При термитном сваривании используется тепло выделяемое при сжигании смеси из алюминия и оксидов железа.

Термомеханическое сваривание материалов

К термомеханическому свариванию относится кузнечная, контактная и подобные им виды. Эти способы сваривания металла используют одномоментно тепловую и механическую энергию. К этому виду относят такие технологии:

• кузнечная;
• контактная;
• диффузионная;

Кузнечной сваркой называется способ, в котором свариваемые изделия сначала нагреваются до необходимой температуры в горне, а потом молотом соединяют друг с другом. Если вместо молота используется пресс, то такой способ называется прессовый.

Контактный вид имеет такое название благодаря тому, что сваривание осуществляется в месте контакта соединяемых деталей. Их сильно прижимают друг к другу с помощью специальных электродов, а затем через точку сдавливания пропускают мощный ток.

В месте контакта получается наибольшее сопротивление, что вызывает выделение основного тепла именно в этой точке. Соответственно, это приводит к расплавлению металла в точке контакта. С помощью контактной получают точечную или шовную сварку.

Контактная сварка получила широкое распространение в машиностроении, особенно в автомобилестроении. Это связано с высокой производительностью и экономичностью данного вида сварки. Она проще всего автоматизируется и широко используется в роботизированных комплексах.

Нельзя не упомянуть диффузионный вид сварки. Его сущность в предварительном нагреве заготовок и последующем их соединении с помощью деформации, которая возникает от механического давления. В таком процессе происходит диффузия атомов из одной соединяемой части в другую и получается неразрывное соединение.

Механическое сваривание материалов

При механическом способе сварки неразрывное соединение получают без внешнего источника тепла. Процесс соединения происходит под действием давления, трения, взрыва или чего-нибудь подобного, что образует межатомные связи между свариваемыми изделиями.

Сварка трением происходит в результате быстрого вращений. Она деталь так плотно прижата к другой, что при вращении происходит сильное трение и разогрев до расплавления. Это обеспечивает надежное соединение заготовок.

Если взять две металлические пластины, очистить от загрязнений и сильно прижать, то при давлениях в несколько десятков тысяч атмосфер происходит пластическая деформация, приводящая к образованию межатомных связей двух частей. В итоге получается неразрывное соединение. Такой способ называется холодной сваркой.

Чтобы возникли силы атомного взаимодействия, между двумя деталями иногда используется взрыв. В этот момент свариваемые детали сближаются так, что возникают атомные связи, которые обеспечивают надежное соединение изделий.

Еще один вид сварки – ультразвуковой. Высокочастотные волны вызывают колебания атомов в металле, и те становятся такими значительными, что вызывает атомные взаимодействия. Итог – надежное соединение.

Сварка - наиболее экономичный и эффективный способ неразъемного соединения металлов, при котором две или более металлические детали становятся единым целым. Важность процесса сварки переоценить очень сложно, так как во многих развитых странах более половины созданного ВВП так или иначе связано с его использованием. Сварка считается одним из важнейших процессов в производстве, она, как ни один другой процесс, требует применения знаний в различных областях науки.

Существует большое разнообразие технологий создания сварного соединения, некоторые связаны с нагревом, другие не требуют высоких температур. Сварка применяется абсолютно везде: на производствах, в мастерских, гаражах, под водой и в космосе. Почти каждый предмет и механизм, используемый в повседневной жизни изготовлен с применением сварочного оборудования. Будь то кофейник, автомобиль или топливо для него, добытое при помощи сваренного бура, меняющие облик современного мира мосты и небоскребы - все это лишь малая часть вещей немыслимых без сварки.

Сварка помогает существовать и эффективно работать целым индустриям. Невозможно представить современное строительство без кранов, агропромышленный комплекс без тракторов и комбайнов, добывающую промышленность без трубопроводов и железных дорог, транспорт без грузовиков, кораблей и самолетов и т.д.

Современные технологии интенсивно проникают в сварочное дело, оборудование совершенствуется, его вес и габариты уменьшаются, аппараты оснащаются процессорами и позволяют делать работу качественнее и быстрее. 21 столетие открывает неплохие перспективы для сварки, она считается по прежнему проверенным способом соединения металлов, позволяющим добиваться отличного качества соединений при сравнительно низкой цене, а современные исследования и разработки лишь дополняют ее, позволяя выводить технологии сварки на качественно новый уровень.

Иметь аппарат дома для проведения небольших работ становится распространенным явлением не только среди сварщиков профессионалов, но и среди людей, которым нравится работать своими руками. Все чаще люди искусства используют сварку при создании скульптур, инсталляций и прочих арт-объектов. Этот процесс перестал быть доступным только на производствах и в промышленности, современный рынок предлагает огромное количество моделей бытового и полупрофессионального оборудования.

Область применения сварки огромна, процесс включает в себя множество технологий и способов, каждый из которых позволяет решать поставленные задачи наиболее эффективно. Мы с радостью поможем выбрать оптимальное решение для каждого конкретного случая, порекомендуем подходящее , продумаем комплектацию, осуществим быструю доставку - просто свяжитесь с нашими специалистами.

1. Физические основы сварки

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.

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. : 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.

Широко применяют автоматическую сварку плавящимся электродом под слоем флюса. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности. При сварке под флюсом металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около2/3) и лишь примерно 1/3 за счет электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге. Сварка под слоем флюса производится голой электродной проволокой, которая с катушки подается в зону горения дуги сварочной головкой автомата, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равномерно покрывает шов, образуя твердую корочку шлака.

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. :

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:

Сопротивлением: в стыке происходит пластическая деформация и соединение образуется без расплавления металла (температура стыков 0,8-0,9 от температуры плавления).

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.

Таблица 1.4

Параметры машин для стыковой сварки

Тип машин	W,(кВА)	U раб,(В)	Сварок в час.	F,(кН)

Обозначения столбцов: W - мощность машины, Uраб - рабочее напряжение, производительность, F - усилие сжатия свариваемых деталей, S - площадь свариваемой поверхности.

Температура нагрева и сжимающее давление при стыковой сварке взаимосвязаны. Как следует из рис. 1.28, усилие F значительно уменьшается с ростом температуры нагрева заготовок при сварке.

Шовная контактная сварка.

Разновидность контактной сварки, при которой соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва. При шовной сварке образование непрерывного соединения (шва) происходит последовательным перекрытием точек друг за другом, для получения герметичного шва точки перекрывают друг друга не менее чем на половину их диаметра. На практике применяется шовная сварка:

Непрерывная;

Прерывистая с непрерывным вращением роликов;

Прерывистая с периодическим вращением.

Рис. 1.28.

Шовная сварка применяется в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Осуществляется на переменном токе силой (2000-5000) А. Диаметр роликов равен (40-350) мм, усилие сжатия свариваемых деталей достигает 0,6 т, скорость сварки составляет (0,53,5) м/мин.

Точечная контактная сварка.

При точечной сварке соединяемые детали обычно располагаются между двумя электродами. Под действием нажимного механизма электроды плотно сжимают свариваемые детали, после чего включается ток. За счёт прохождения тока свариваемые детали быстро нагреваются до температуры сварки. Диаметр расплавленного ядра определяет диаметр сварной точки, обычно равный диаметру контактной поверхности электрода.

В зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым деталям точечная сварка может быть двусторонней и односторонней.

При точечной сварке деталей разной толщины образующееся несимметричное ядро смещается в сторону более толстой детали и при большом различии в толщине не захватывает тонкой детали. Поэтому применяют различные технологические приёмы, обеспечивающие смещение ядра к стыкуемым поверхностям, усиливают нагрев тонкого листа за счёт накладок, создают рельеф на тонком листе, применяют более массивные электроды со стороны толстой детали и др.

Разновидностью точечной сварки является рельефная сварка, когда первоначальный контакт деталей происходит по заранее подготовленным выступам (рельефам). Ток, проходя через место касания всех рельефов с нижней деталью, нагревает их и частично расплавляет. Под давлением рельефы деформируются, и верхняя деталь становится плоской. Этот способ применяют для сварки деталей небольших размеров. В табл. 1.5 приведены характеристики машин для точечной сварки.

Таблица 1.5

Характеристики машин для точечной сварки

Тип машины	W,(кВА)	U раб,(В)	D,(мм)	F,(кН)	Сварок в час

Обозначения столбцов: W - мощность машины, ираб - рабочее напряжение, D - диаметр электрода, F - усилие сжатия свариваемых деталей, сварок в час - производительность.

Точечная конденсаторная сварка.

Одним из распространенных видов контактной сварки является конденсаторная сварка или сварка запасённой энергией, накопленной в электрических конденсаторах. Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения (генератора или выпрямителя), а затем в процессе разрядки преобразуется в теплоту, используемую для сварки. Накопленную в конденсаторах энергию можно регулировать изменением ёмкости конденсатора (С) и напряжения зарядки (U). 

Существует два вида конденсаторной сварки:

Бестрансформаторная (конденсаторы разряжаются непосредственно на свариваемые детали);

Трансформаторная (конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора, во вторичной цепи которого находятся предварительно сжатые свариваемые детали).

Принципиальная схема конденсаторной сварки приведена на рис. 1.29.

Рис. 1.29. : Тр - повышающий трансформатор, В - выпрямитель, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - сопротивление свариваемых деталей, К - ключ- переключатель

В положении переключателя 1 конденсатор заряжается до напряжения U0. При переводе переключателя в поз. 2 конденсатор разряжается через контактное сопротивление свариваемых деталей. При этом возникает мощный импульс тока.

Напряжение с конденсатора подается на заготовку через точечные контакты площадью ~ 2 мм. Возникающий при этом импульс тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца разогревает область контакта до рабочей температуры сварки. Для обеспечения надежного прижимания свариваемых поверхностей через точечные электроды на детали передается механическое напряжение порядка 100 МПа.

Основное применение конденсаторной сварки состоит в соединении металлов и сплавов малых толщин. Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность.

Для определения эффективности сварки оценим максимальную температуру в области контакта свариваемых деталей (Тmax).

Ввиду того что длительность импульса разрядного тока не превышает 10 -6 с, расчет проведен в адиабатическом приближении, то есть пренебрегая теплоотводом из области протекания тока. 

Принцип контактного нагрева деталей представлен на рис. 1.30.

Рис. 1.30.: 1 - свариваемые детали толщиной d = 5*10 -2 см, 2 - электроды площадью S= 3*10 -2 см, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - контактное сопротивление

Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность, которая составляет (0,1-0,2) кВА. Продолжительность импульса сварочного тока - тысячные доли секунды. Диапазон свариваемых толщин металла находится в пределах от 0,005 мм до 1 мм. Конденсаторная сварка позволяет успешно соединять металлы малых толщин, мелкие детали и микродетали, плохо различимые невооруженным глазом и требующие при сборке применения оптических приборов. Этот прогрессивный способ сварки нашел применение в производстве электроизмерительных приборов и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов и т.д.

Холодная сварка .

Соединение заготовок при холодной сварке осуществляется путем пластического деформирования при комнатной и даже при отрицательных температурах. Образование неразъемного соединения происходит в результате возникновения металлической связи при сближении соприкосающихся поверхностей до расстояния, при котором возможно действие межатомных сил, причем в результате большого усилия сжатия пленка окислов разрывается и образуются чистые поверхности металлов. 

Свариваемые поверхности должны быть тщательно очищены от адсорбированных примесей и жировых пленок. Холодной сваркой могут быть выполнены точечные, шовные и стыковые соединения.

На рис. 1.31 представлен процесс холодной точечной сварки. Листы металла (1) с тщательно зачищенной поверхностью в месте сварки помещают между пуансонами (2), имеющими выступы (3). Пуансона сжимают с некоторым усилием Р, выступы (3) вдавливаются в металл на всю их высоту, пока опорные поверхности (4) пуансонов не упрутся в наружную поверхность свариваемых заготовок.

Рис. 1.31.

Холодной сваркой выполняют соединения проволок, шин, труб внахлест и встык. Давление выбирают в зависимости от состава и толщины свариваемого материала, в среднем оно составляет (1-3) ГПа.

Индукционная сварка.

Этим способом преимущественно сваривают продольные швы труб в процессе их изготовления на непрерывных станах и наплавляют твердые сплавы на стальные основания при изготовлении резцов, буровых долот и другого инструмента.

При этом способе металл нагревается пропусканием через него токов высокой частоты и сдавливается. Индукционная сварка удобна тем, что она бесконтактна, токи высокой частоты локализуются вблизи поверхности нагреваемых заготовок. Подобные установки работают следующим образом. Ток высокочастотного генератора подводится к индуктору, который индуцирует вихревые токи в заготовке, и труба разогревается. Станы подобного типа успешно применяют для изготовления труб диаметром (12-60) мм со скоростью до 50 м/мин. Питание током производится от ламповых генераторов мощностью до 260 кВт при частоте 440 кГц и 880 кГц. Изготавливаются так же трубы больших диаметров (325 мм и 426 мм) с толщиной стенки (7-8)мм, со скоростью сварки до (30-40) м/мин.

Особенности сварки различных металлов и сплавов

Под свариваемостью понимают способность металлов и сплавов образовывать соединение с теми же свойствами, что и свариваемые металлы, и не иметь дефектов в виде трещин пор, каверн и неметаллических включений.

При сварке почти всегда возникают остаточные сварочные напряжения (как правило, растягивающие в шве и сжимающие в основном металле). Для стабилизации свойств соединения необходимо снизить эти напряжения.

Сварка углеродистых сталей.

Электродуговая сварка углеродистых и легированных сталей ведется электродными материалами, обеспечивающими необходимые механические свойства. Основная трудность при этом заключается в закалке околошовной зоны и в образовании трещин. Для предупреждения образования трещин рекомендуется:

1) производить подогрев изделий до температур (100-300) 0С;

2) заменять однослойную сварку многослойной;

3) применять электроды с покрытием (сварку ведут на постоянном токе обратной полярности);

4) производить отпуск изделия после сварки до температуры 300 0С.

Сварка высокохромистых сталей.

Высокохромистые стали, содержащие (12-28) % Cr, обладают нержавеющими и жаропрочными свойствами. В зависимости от содержания хрома и углерода высокохромистые стали по структуре делятся на ферритовые, ферритно- мартенситные и мартенситные.

Трудности при сварке ферритовых сталей связаны с тем, что в процессе охлаждения в области 1000 0С возможно выпадение на границах зерен карбида хрома. Это снижает коррозионную стойкость стали. Для предотвращения указанных явлений необходимо:

1) применять пониженные значения тока с целью обеспечения больших скоростей охлаждения при сварки;

2) вводить в сталь сильные карбидообразователи (Ti,Cr, Zr, V);

3) производить отжиг после сварки при 900 0С для выравнивания содержания хрома в зернах и на границах.

Феррито-мартенситные и мартенситные стали рекомендуется сваривать с подогревом до (200-300) 0С.

Сварка чугуна.

Сварка чугуна производится с подогревом до (400-600) 0С. Сварку ведут чугунными электродами диаметром (8-25) мм. Хорошие результаты дает диффузионная сварка чугуна с чугуном и чугуна со сталью.

Сварка меди и ее сплавов.

На свариваемость меди негативное влияние оказывают примеси кислорода, водорода, свинца. Наиболее распространена газовая сварка. Перспективна дуговая сварка угольными и металлическими электродами.

Сварка алюминия.

Сварке препятствует оксидная пленка Al2O3. Только применение флюсов (NaCl, RCl, LiF) позволяет растворить оксид алюминия и обеспечить нормальное формирование сварного шва. Хорошо сваривается алюминий диффузионной сваркой.

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения двух или более деталей из твердых материалов (металлов) путем их местного сплавления или совместного деформирования с нагревом и без нагрева с получением на границе их раздела прочных межатомных связей. Такое сближение достигается расплавлением кромок свариваемых деталей или их совместным пластическим деформированием посредством приложения давления. Таким образом, все виды сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка давлением .

При сварке плавлением кромки свариваемых деталей и присадочный материал расплавляются теплотой сварочной дуги или газовым пламенем, образуя так называемую сварочную ванну. При кристаллизации металла сварочной ванны рост кристаллов начинается с оплавленных кристаллов основного металла, металлическая связь обеспечивается образованием общих зерен сварного шва с основным металлом. При сварке давлением совместная направленная пластическая деформация свариваемых металлов способствует соприкосновению и перемешиванию их атомов и образованию межатомной связи. При некоторых видах сварки процесс получения металлической связи сопровождается нагревом свариваемых деталей до пластического состояния или до оплавления свариваемых поверхностей.

Согласно ГОСТ 19521-74 сварка металлов классифицируется по физическим, техническим и технологическим признакам.

Классификация видов сварки металлов по физическим признакам. В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, различают три класса сварочных процессов: термический, термомеханический и механический. Вид сварки объединяет сварочные процессы по виду источника энергии, непосредственно используемого для образования сварного соединения.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии, а именно: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная.

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления, а именно: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая и печная.

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления, а именно: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитоимпульсная.

Классификация видов сварки металлов по техническим признакам. К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень механизации сварки.

По способу защиты металла различают сварку в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене и с комбинированной защитой. В качестве защитного газа могут применяться активные газы (углекислый, азот, водород, водяной пар и смесь активных газов), инертные газы (аргон, гелий и смесь аргона с гелием), а также смесь инертных и активных газов. Защита расплавленного металла в зоне сварки может быть струйной или в контролируемой атмосфере. Струйная защита газом расплавленного металла, осуществляемая только со стороны сварочной дуги, называется односторонней, защита со стороны сварочной дуги и корня шва - двусторонней.

По непрерывности процесса виды сварки бывают непрерывные и прерывистые; по степени механизации виды сварки подразделяются на ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические.

Классификация видов сварки металлов по технологическим признакам . По технологическим признакам сварка подразделяется на дуговую, электрошлаковую, электроннолучевую, плазменно-лучевую, световую, газовую, контактную, диффузионную, печную, холодную и ультразвуковую.

2. Классификация углеродистых сталей по свариваемости

О свариваемости стали известного химического состава судят по эквивалентному содержанию углерода.

По свариваемости стали подразделяются на четыре группы: первая группа- хорошо сваривающиеся, вторая- удовлетворительно , третья - ограниченно, четвертая - плохо сваривающиеся.

К первой группе относятся стали, у которых С ЭК в не более 0,25%. Эти стали при обычных способах сварки не дают трещин. Сварка этих сталей ведется без подогрева и после сварки не требуется последующей термообработки, получаются сварные соединения высокого качества.

Ко второй группе относятся стали, у которых С экв находится в пределах 0,2-0,35%. Для получения сварных соединений с хорошим качеством требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки свариваемых кромок и нормальные температурные условия, а в некоторых случаях предварительный подогрев до 100- 150° С с последующей термообработкой.

К третьей группе относятся стали, у которых С экв в пределах 0,35-0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин. Сварка этих сталей ведется с предварительным подогревом до 250-400° С с последующим отпуском.

К четвертой группе сталей относятся стали, у которых Сэкв более 0,45%. Такие стали трудно поддаются сварке и склонны к образованию трещин. Сварка этих сталей должна выполняться с предварительным подогревом и последующей термообработкой.

3. Назначение и виды термической обработки сварных соединений.

Сварка - процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.

Для осуществления сварки необходимо сблизить кромки соединяемых частей и создать условия, необходимые для того, чтобы между ними начали действовать межатомные связи.

Важное преимущество сварки - возможность выбора наиболее рациональной конструкции и формы изделия. Сварка позволяет экономно использовать металлы и значительно снизить отходы производства. Например, при замене клепаных конструкций сварными экономия материалов в среднем составляет 15-20%, а при замене литых - около 50%. Трудоемкость сварочных работ меньше, чем при клепке и литье.

Сварные соединения по прочности, как правило, не уступают прочности того металла, из которого сделаны изделия. Сварные конструкции хорошо работают при знакопеременных и динамических нагрузках, при высоких температурах и давлениях. При этом условия труда при сварке с точки зрения как гигиены, так и безопасности значительно лучше, чем при клепке и особенно при литье.

Классификация способов сварки.

Конечно, свариваемые поверхности неоднородны, имеют макро- и микронеровности, окисные пленки, загрязнения, поэтому для сварки необходимо приложить внешнюю энергию. В зависимости от вида энергии различают три вида сварки:

термический;

термомеханический;

механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением, то есть местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии: дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, 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 термомеханического 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) и термитом (термитнопрессовая сварка).

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, вызываемым вращением свариваемых частей друг относительно друга.

Ручная дуговая сварка. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения.

Дуговая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги. Ручная дуговая сварка производится двумя способами: неплавящимся и плавящимся электродом. Первый способ используется иногда при сварке цветных металлов и их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов; второй способ - основной.

Из-за шероховатостей поверхности электрода касание его происходит в отдельных выступающих участках, которые расплавляются мгновенно под действием теплоты и образуют жидкую металлическую перемычку между основным металлом и электродом. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, ее сечение уменьшается, электрическое сопротивление и температура - возрастают.

Когда температура расплавленного металла (перемычки) достигает температуры кипения, пары металла ионизируются, и в этих парах возникает дуга. Возникновение дуги - это доли секунды. Во время зажигания дуги происходит ионизация дугового промежутка, то есть процесс возникновения электронов (-) и ионов (+); одновременно происходит и процесс рекомбинации (обратный процесс - возвращение заряженных частиц в нейтральное состояние). При этом происходит выделение электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.

Основные зоны дуги:

Напряжение дуги = сумма напряжений катодной области, столба и анодной области. Общее напряжение - 14-28 В.

Преимущества ручной дуговой сварки:

1) возможность сварки в любых пространственных положениях;

2) возможность сварки в местах с ограниченным доступом;

3) сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому;

возможность сварки самых различных сталей благодаря широкому выбору выпускаемых марок электродов;

большая скорость, малая зона температурного влияния, малое коробление;

6) простота и транспортабельность сварочного оборудования.

Недостатки ручной дуговой сварки:

1) низкие КПД и производительность по сравнению с другими технологиями сварки;

качество соединений (в том числе неоднородность шва) во многом зависит от квалификации сварщика;

3) вредные условия процесса сварки.

Область применения ручной дуговой сварки широка: метод используется во всех отраслях промышленности для различного рода конструкций из черных и частично цветных металлов.

Сварка под слоем флюса. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом - один из основных способов выполнения сварочных работ в промышленности и строительстве. Обладая рядом важных преимуществ, она существенно изменила технологию изготовления сварных изделий, таких, как стальные конструкции, трубы большого диаметра, котлы, корпуса судов. Вследствие изменения технологии изготовления произошли изменения и самих сварных конструкций: широко применяются сварно-литые и сварно-кованые изделия, дающие огромную экономию металла и труда.

Механизация движений электрода позволила автоматизировать процесс сварки. Для получения качественных сварных швов взамен электродных покрытий применяют гранулированное вещество, называемое флюсом.

Автоматическая сварка под флюсом производится с помощью автоматической установки (сварочная головка или сварочный трактор). Эта установка подает электродную проволоку и флюс в зону сварки, перемещает дугу вдоль свариваемого шва и поддерживает стабильное ее горение.

Принципиальная схема автоматической сварки под флюсом:

Электродная проволока 3 с помощью ведущего 5 и нажимного 4 роликов подается в зону сварки. Кромки свариваемого изделия 7 в зоне сварки покрываются слоем флюса, подаваемого из бункера 1. Толщина слоя флюса составляет ~ 30-50 мм. Сварочный ток подводится от источника тока к электроду через токоподводящий мундштук 6, находящийся на небольшом расстоянии (40-60 мм) от конца электродной проволоки. Благодаря этому при автоматической сварке можно применять большие сварочные токи. Дуга 11 возбуждается между свариваемым изделием и электродной проволокой. При горении дуги образуется ванна расплавленного металла 10, закрытая сверху расплавленным шлаком 9 и оставшимся нерасплавленным флюсом 8. Нерасплавившийся флюс отсасывается шлангом 2 обратно в бункер. Пары и газы, образующиеся в зоне дуги, создают вокруг дуги замкнутую газовую полость 12. Некоторое избыточное давление, возникающее при термическом расширении газов, оттесняет жидкий металл в сторону, противоположную направлению сварки. У основания дуги (в кратере) сохраняется лишь тонкий слой металла. В таких условиях обеспечивается глубокий провар основного металла. Так как дуга горит в газовой полости, закрытой расплавленным шлаком, то значительно уменьшаются потери теплоты и металла на угар и разбрызгивание.

По мере перемещения дуги вдоль разделки шва наплавленный металл остывает и образует сварной шов. Жидкий шлак, имея более низкую температуру плавления, чем металл, затвердевает несколько позже, замедляя охлаждение металла шва. Продолжительное пребывание металла шва в расплавленном состоянии и медленное остывание способствуют выходу на поверхность всех неметаллических включений и газов, получению чистого, плотного и однородного по химическому составу металла шва.

Таким образом, автоматическая сварка под флюсом имеет следующие основные преимущества перед ручной сваркой:

высокая производительность, превышающая производительность ручной сварки в 5-10 раз (она обеспечивается применением больших токов, более концентрированным и полным использованием теплоты в закрытой зоне дуги, снижением трудоемкости за счет автоматизации процесса сварки);

высокое качество сварного шва вследствие хорошей защиты металла сварочной ванны расплавленным шлаком от кислорода и азота воздуха, легирования металла шва, увеличения плотности металла при медленном охлаждении под слоем застывшего шлака;

экономия электродного металла при значительном снижении потерь на угар, разбрызгивание металла и огарки (при ручной сварке эти потери достигают 20-30%, а при автоматической сварке под флюсом они не превышают 2-5%);

экономия электроэнергии за счет более полного использования теплоты дуги (затраты электроэнергии при автоматической сварке уменьшаются на 30-40%).

Кроме этих преимуществ, следует отметить, что при автоматической сварке условия труда значительно лучше, чем при ручной сварке: дуга закрыта слоем шлака и флюса, выделение вредных газов и пыли значительно снижено, нет необходимости в защите глаз и кожи лица сварщика от излучения дуги, а для вытяжки газов достаточно естественной вытяжной вентиляции. К квалификации оператора автоматической сварочной установки предъявляются менее высокие требования.

Однако автоматическая сварка имеет и недостатки: ограниченная маневренность сварочных автоматов, и сварка выполняется главным образом в нижнем положении.

Кроме того, требования к подготовке кромок и сборке изделия под автоматическую сварку более высокие, чем при ручной сварке. Свариваемые кромки перед сборкой должны быть тщательно очищены от ржавчины, грязи, масла, влаги и шлаков. Это особенно важно при больших скоростях сварки, когда различные загрязнения, попадая в зону дуги, приводят к образованию пор, раковин и неметаллических включений.

Сварка в среде защитных газов. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения.

Сварка в защитном газе является одним из способов дуговой сварки. При этом в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования.

Известны следующие разновидности сварки в защитном газе: в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в углекислом газе. В практике наиболее широкое применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Инертный газ гелий применяется очень редко ввиду его большой стоимости.

Углекислый газ применяется при сварке низкоуглеродистых и некоторых конструкционных и специальных сталей. Углекислый газ не имеет цвета и запаха; получают его из газообразных продуктов сгорания антрацита или кокса, при обжиге известняка. Сварочная углекислота выпускается двух сортов: высшего - чистотой 99,8% и первого - чистотой 99,5%. Для уменьшения окислительного действия свободного кислорода применяют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганца, кремния). При этом получается беспористый шов с хорошими механическими свойствами.

Сварка в защитном газе может осуществляться плавящимся или неплавящимся электродом; вручную, автоматически и полуавтоматически.

Неплавящиеся электроды служат только для возбуждения и поддержания горения дуги. Для заполнения разделки кромок в зону дуги вводят присадочный металл в виде прутков или проволоки. Применяются неплавящиеся электроды: вольфрамовые, угольные и графитовые. Плавящиеся электроды применяют в виде сварочной проволоки, изготовленной по определенному ГОСТу или из металла, по химическому составу сходного со свариваемым металлом.

Ручная сварка применяется при соединении кромок изделий толщиной до 25-30 мм и при выполнении коротких и криволинейных швов. Полуавтоматическая и автоматическая сварка применяется при массовом производстве сварных конструкций с прямолинейными швами.

Преимущества сварки в защитном газе:

сварка возможна в любых положениях;

хорошая защита зоны сварки от воздействия кислорода и азота воздуха;

хорошие механические качества сварного шва;

высокая производительность, достигающая при ручной сварке 50-60 м/ч, а при автоматической - 200 м/ч;

отсутствие необходимости применения флюсов и последующей очистки шва от шлаков;

возможность наблюдения за процессом формирования сварного шва;

малая зона термического влияния;

возможность полной автоматизации сварки.

Аргонодуговая сварка: аргон не вступает во взаимодействие с расплавленным металлом сварочной ванны и предохраняет его от воздействия кислорода и азота воздуха; аргон применяется при сварке ответственных сварных швов и при сварке высоколегированных сталей, титана, алюминия, магния и их сплавов.

Аргонодуговая сварка неплавящимся или плавящимся электродом производится на постоянном и переменном токе. Установка для ручной сварки постоянным током (а - неплавящимся электродом, б - плавящейся электродной проволокой) состоит из сварочного генератора постоянного тока (или сварочного выпрямителя) 1, балластного реостата 2, газоэлектрической горелки 3, баллона с газом, редуктора и контрольных приборов (амперметра, вольтметра и расходомера газа).

При аргонодуговой сварке постоянным током неплавящимся электродом используют прямую полярность. Дуга горит устойчиво, обеспечивая хорошее формирование шва. При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом применяется постоянный ток обратной полярности, при котором обеспечивается высокая производительность.

Электрошлаковая сварка. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения.

Электрошлаковая сварка является самым высокопроизводительным способом автоматической сварки металла значительной толщины.

При электрошлаковой сварки энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, образуется за счет теплоты, выделяемой при плавлении шлака.

Схема электрошлаковой сварки:

Перед началом сварки между кромками засыпается печной флюс и возбуждается электродуга (между плавящимся электродом и изделием). Флюс расплавляется дугой с образованием шлаковой ванны определенных размеров. В шлаковой ванне дуга гаснет. Ток, подводимый к электроду, проходит через шлаковую ванну и нагревает ее до температуры выше температуры плавления (около 2000 градусов). Шлак расплавляет электрод и кромки основания металла. Расплавленный металла стекает вниз, образуя сварочную ванну под шлаковой ванной. Формирование шва происходит за счет перемещающихся водоохлаждаемых медных ползунов. В конце шва некачественный металла отрезается и удаляется.

Применяя электрошлаковую сварку несколькими электродными проволоками или электродами в виде ленты, можно сваривать кромки изделия практически любой толщины.

Важным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки швов сложной конфигурации, при этом электродная проволока подается через плавящийся мундшук, форма которого соответствует форме свариваемого шва. Мундштук плавится вместе с электродной проволокой, заполняя свариваемый шов металлом.

Качество металла шва получается значительно выше, чем при автоматической сварке под флюсом. Это объясняется постоянным наличием над металлом шва жидкой фазы металла и нагретого шлака, что способствует более полному удалению газов и неметаллических включений. Резко снижается влияние на качество шва влажности флюса, ржавчины и различных загрязнений свариваемых кромок изделия. Трудоемкость операций по подготовке изделия под сварку снижается за счет исключения работ по разделке и подготовке кромок к сварке. Кромки обрезают кислородной резкой под прямым углом к поверхности свариваемых листов. Удельный расход электроэнергии, флюса и электродной проволоки сокращается, так как процесс протекает в замкнутой системе при небольшом количестве флюса и полном использовании электродного металла. Увеличенный вылет электродной проволоки и значительные плотности тока обеспечивают высокую производительность наплавки, достигающую 27 кг/ч, в то время как при автоматической сварке под флюсом она составляет 12 кг/ч, а при ручной - только 2 кг/ч. Расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла уменьшается вдвое, а расход флюса - в 20-30 раз по сравнению с автоматической сваркой под флюсом.

Производительность электрошлаковой сварки превышает производительность автоматической сварки под флюсом в 7-10 раз, а при большой толщине свариваемых кромок она в 15-20 раз выше производительности многослойной автоматической сварки. Постепенный подогрев свариваемых кромок и замедленный нагрев околошовной зоны уменьшают возможность образования в ней закалочных структур. Поэтому при электрошлаковой сварке самозакаливающихся сталей образование закалочных трещин менее вероятно. Освоение электрошлаковой сварки позволило заменить громоздкие и тяжелые цельнолитые и цельнокованые станины и корпуса более легкими и компактными сварно-литыми и сварно-коваными.

Электрошлаковой сваркой можно выполнять не только стыковые, но и тавровые, угловые и кольцевые соединения.

Основные типы сварных соединений.

Сварное соединение - это неразъемное соединение, выполненное сваркой.

Пять типов сварных соединений:

Классификация сварных швов.

Шов - это участок сварного соединения, образующийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации (или же в сочетании кристаллизации и деформации).

П
о внешнему виду швы подразделяются на:

1) выпуклые (усиленные);

2) нормальные;

3) вогнутые (ослабленные).

В
ыпуклые сварные швы лучше работают при статических (постоянных) нагрузках, однако они неэкономичны. Нормальные и вогнутые швы лучше подходят при динамических и знакопеременных нагрузках.

По выполнению сварные швы могут быть односторонними и двусторонними.

По назначению сварные швы бывают:

1) прочные;

2) плотные (герметичные);

3) прочно-плотные.

В зависимости от условий работы сварного изделия швы делятся на:

1) рабочие, предназначенные непосредственно для нагрузок;

2) нерабочие (связующие или соединительные), используемые только для соединения частей сварного изделия.

Условное обозначение сварных швов на чертежах.

Шов сварного соединения, независимо от способа сварки, условно изображают:

1) видимый - сплошной основной линией (рис. а, в);

2) невидимый - штриховой линией (рис. г);

Видимую одиночную сварную точку, не зависимо от способа сварки, условно изображают знаком «+» (рис. б), который выполняют сплошными сплошными линиями (рис. 2).

(а) (б) (в)

(г)

Невидимые одиночные точки не изображают.

От изображения шва или одиночной точки проводят линию-выноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой. Линию-выноску предпочтительно проводить от видимого шва.

На изображение сечения многопроходного шва допускается наносить контуры отдельных проходов, при этом их необходимо обозначить прописными буквами русского алфавита:

Шов, размеры конструктивных элементов которого стандартами не установлены (нестандартный шов), изображаются с указанием размеров конструктивных элементов, необходимых для выполнения шва по данному чертежу (границы шва изображают сплошными основными линиями, а конструктивные элементы кромок в границах шва - сплошными тонкими линиями):

В
спомогательные знаки для обозначения сварных швов:

П
римеры условных обозначений швов сварных соединений:

10. Строение сварочной дуги.

Сварочная дуга - это мощный устойчивый электрический разряд, который характеризуется высокой температурой и повышенной плотностью тока. Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с основным металлом.

Катод (верхняя часть) излучает электроны, они поступают в столб дуги, но излучаются они не всей поверхностью, а катодными пятнами (с огромной скоростью меняется место катодного пятна). Положительные ионы попадают на катод, нейтрализуются и тормозятся с выделением большого количества теплоты, приводящей к нагреву катодного пятна и плавлению электрода. Падение напряжения в катодной области составляет 10-20 В. Длина катодной области - 10(-4)(-5) степени см. В катодной области создаются два потока: отрицательных электронов и положительных ионов.

Столб дуги - это ионизированный газ, содержащий атомы, молекулы, свободные электроны, положительные и отрицательные ионы. Такой газ называется плазмой. Плазменный газ дуги считается электрически нейтральным: в каждом сечении столба дуги одновременно находится равное число положительно и отрицательно заряженных частиц. В столбе дуги идут два взаимноуравновешенных процесса - ионизация и рекомбинация. Температура столба дуги - 6000-7000 градусов.

В анодной области направленный поток электронов идет к анодному пятну. На поверхности анодного пятна нейтрализуется и тормозится с выделением большого количества тепловой энергии, что приводит к сильному нагреву анодного пятна и плавлению основного металла. Падение напряжения в анодной области - 4-6 В. Длина анодной области - 10(-3)(-4) степени см.

Общая длина дуги складывается из трех областей (длины катодной, анодной и дуги). Длина дуги: 2-4 мм (короткая дуга), 4-6 мм (нормальная дуга) и больше 6 мм (длинная дуга). Ну да, сварка - это искусство.

Напряжение дуги = сумма напряжений катодной области, столба и анодной области. Общее напряжение - 14-28 В.

А
льтернативная (простая) схема сварочной дуги:

11. Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги.

Режим горения дуги определяется двумя параметрами:

2) током сварки.

При установившемся процессе горения напряжение дуги зависит в основном от ее длины.

UД = a + b·ld,

где а - постоянный коэффициент, который по своей физической сущности составляет сумму напряжений в катодной и анодной области (В);

b - среднее удельное падение напряжения, отнесенное к 1 мм столба дуги (В*мм);

ld - длина дуги (мм).

Значения коэффициентов зависят от тока сварки, от состава покрытия электрода, от свойств основного металла.

Cтатическая вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ) - это зависимость между напряжением дуги и током сварки при установившемся режиме.

В общем случае статическая характеристика дуги имеет три участка: падающая ветвь, горизонтальная (жесткая) ветвь, возрастающая ветвь. Первая и вторая области соответствуют ручной дуговой сварке (РДС).

12. Влияние на дугу магнитных полей и ферромагнитных масс.

Столб дуги является гибким проводником электрического тока, вокруг которого образуется осесимметричное магнитное поле (собственное магнитное поле дуги). Магнитное поле создает направленность дуги, способствует более устойчивому горению.

Но положение столба дуги может изменяться под действием внешних магнитных сил. Такое явление называется магнитным дутьем. Под действием магнитного дутья дуга может отклоняться, перемещаться, изменять форму; при этом может увеличиваться разбрызгивание металла, ухудшаться качество шва. Причинами такого явления могут быть: неблагоприятная форма изделия, наличие ферромагнитных масс вблизи зоны сварки, место подвода тока к изделию, неправильный наклон электрода и все такое.

Рассмотрим несколько примеров, показывающих воздействие внешнего магнитного поля на сварочную дугу.

Если вокруг дуги создано симметричное магнитное поле, то дуга не отклоняется, так как созданное поле оказывает симметричное действие на столб дуги.

Если на столб сварочной дуги действует несимметричное магнитное поле, которое создается током, протекающим в изделии, то столб дуги при этом будет отклоняться в сторону, противоположную токоподводу.

Сильным фактором, действующим на отклонение дуги, являются ферромагнитные массы: массивные сварные изделия (ферромагнитные массы) имеют большую магнитную проницаемость, чем воздух, а магнитные силовые линии всегда стремятся пройти по той среде, которая имеет меньшее сопротивление, поэтому дуговой разряд, р
асположенный ближе к ферромагнитной массе, всегда отклоняется в ее сторону.

а - в сторону массивной детали; б - при выполнении углового шва;

в - при выполнении стыкового шва в разделку, г - при выполнении стыкового шва.

Влияние магнитных полей и ферромагнитных масс можно устранить изменением места токоподвода, угла наклона электрода, временным размещением ферромагнитного материала для создания симметричного поля и заменой постоянного тока переменным.

Предыдущая статья: Доска с замочками, или «пульт управления» для ребенка своими руками Следующая статья: Как оформить фотозону на Новый год?