Что называется сваркой. Область применения сварки. Виды сварки и как правильно варить сваркой

Сварка представляет собой технологический процесс, при котором устанавливаются прочные связи между атомами и молекулами в соединяемых деталях. Чтобы обеспечить соединение, поверхность обрабатываемых конструкций предварительно очищают от загрязнений, а также снимают с деталей пленку окислов. Подготовительные работы сильно влияют на качество соединения.

Подлежащие сварке поверхности сближают так, чтобы расстояние между ними было минимальным. Затем детали подвергают сильному локальному нагреву или пластическому деформированию, после чего заготовки соединяются, образуя единое целое. На завершающем этапе производится обработка сварного шва.

Различают три класса сварки: механический, термический и термомеханический. Механические виды сварки осуществляют, используя энергию давления, например, обработку заготовок трением, взрывом или . При термической сварке используется плавление материалов за счет энергии тепла. Термомеханическая соединяет в себе особенности двух описанных классов.

Основные виды сварки

Дуговая сварка представляет собой один из самых распространенных видов подобного соединения материалов. В этом случае используют сварочные электроды, которые устанавливают в специальный держатель и перемещают вдоль будущего шва. Между стержнем электрода и заготовкой образуется дуга, металл плавится и заполняет сварочный шов, постепенно затвердевая.

При контактной сварке выполняется непродолжительный нагрев места стыковки деталей, не предполагающий оплавления краев заготовок. В данном случае имеет место пластическая деформация металла, которая приводит к образованию сварного соединения. Для разогрева места соединения при контактной сварке применяется электрический ток, являющийся источником теплоты. В точках контакта металл становится очень пластичным, что облегчает соединение поверхностей.

Широкое применение нашла в производстве и газовая сварка. В этом случае место, где нужно соединить детали, сильно разогревают газовым пламенем, имеющим очень высокую температуру. Края заготовок при таком термическом воздействии оплавляются. В образующийся зазор подается присадочный материал, служащий для формирования шва. Преимущество газовой сварки перед дуговой состоит в том, что заготовка под действием струи газа прогревается более плавно. Это позволяет использовать данный вид сварки для соединения заготовок малой толщины.

В наше время, когда очень часто необходимо получить неразъемные соединения, применяется сварка. Что такое сварка? Однозначно ответить на этот вопрос достаточно сложно.

Сварка используется для ремонта сложного промышленного оборудования, теплотрасс, а также нередко применяется для бытовых нужд.

Неразъемные соединения самых разных конструкций, когда применяется общий нагрев, называются сваркой. Деталь получает пластическую деформацию благодаря возникновению межатомных связей. Варить можно:

металлические детали;
керамику;
стекло;
пластмассу.

Сегодня известно несколько видов сварки, когда происходит плавление металла:

дуговая;
электрошлаковая;
электронно-лучевая;
плазменная;
лазерная;
газовая.

Сварка плавлением, когда происходит нагрев заготовок и их деформация, подразделяются на контактную, высокочастотную и газопрессовую. Кроме того, сварка плавлением имеет качественные результаты работы.

При деформации без нагрева применяется:

холодная сварка;
взрыв;
диффузионное соединение с использованием вакуума.

Источник питания влияет на сварочный процесс. Он может быть:

дуговым;
газовым;
электронно-лучевым.

Применение защитных материалов требует использования других методов сварки:

с использованием флюса;
в зоне защитного газа;
в вакууме.

В зависимости от примененной механизации сварка бывает:

ручной;
полуавтоматической;
автоматической.

Рассмотрим основные виды сварки плавлением.

Ручная технология

В настоящее время ЭДС стала основой при выполнении . Теория сварки в первую очередь изучает ЭДС. Источником тепла становится электрическая дуга, образованная двумя электродами, причем один из них — свариваемая деталь. Электрической дуге можно дать определение как сильнейшему разряду, произошедшему в газовой зоне.

Для того чтобы произошло зажигание дуги, необходимо наличие нескольких критериев:

короткое замыкание, когда электрод касается заготовки;
быстрый отвод электрода;
появление устойчивого горения.

Короткое замыкание требуется для разогрева электрода. Он должен достичь температуры, когда возникает эмиссия электронов.

Образовавшиеся электроны получают сильнейшее ускорение, появляется ионизация газового зазора между анодом и катодом. В результате дуговой разряд получает устойчивое горение.

Электрическая дуга — это мощный источник тепла, достигающий температуры 6000°. В это время максимальное значение сварочного тока равно 3 кА. Напряжение дуги во время работы может достигать 50 В.

Чаще всего используется ЭДС с покрытыми электродами. Ручная сварка, когда применяются такие электроды, предназначена для:

газовой защиты жидкого металла от попадания окружающего воздуха;
легирования.

Вернуться к оглавлению

Сварка с использованием флюса

Широкое применение нашла , когда используется плавящийся электрод, а операция происходит под слоем специального флюса.

Его насыпают на деталь, толщина слоя при этом достигает 50 мм. Таким образом предотвращается горение дуги в воздушном пространстве. Образуется газовый пузырь, который находится под жидким флюсом, где происходит горение дуги, полностью изолированной от прямого контакта с кислородом.

Когда выполняется автоматическая сварка, не происходит разбрызгивания раскаленного металла, не нарушается форма шва, причем даже при подаче большого тока. Когда варятся детали с применением флюса, регулируется сила тока, устанавливается максимальный ток 1200 А. Когда варятся детали открытой дугой, достичь такого значения невозможно.

Сварка с флюсом позволяет увеличить сварочный ток. Причем сохраняется отличное качество шва, наблюдается высокая производительность. Для такой сварки необходимо иметь чистую электродную проволоку, подачу которой производит сварочная головка. Она медленно вращается, а проволока в это время двигается вдоль шва.

В сварочную головку по специальной трубке непосредственно в район шва подается зернистый флюс. Он плавится и равномерно закрывает шов. Получается твердая шлаковая корочка.

Основные отличия автоматической сварки, использующей флюс, от дуговой ручной:

отличное качество шва;
повышенная производительность;
величина слоя флюса;
мощность тока;
автоматическая выдержка нужной длины дуги.

Вернуться к оглавлению

Сварка с применением шлака

Этот вид электрошлаковой методики считается абсолютно новой технологией соединения металлов. Он был изобретен и полностью разработан учеными института имени Патона.

При работе все заготовки закрываются шлаком, температура нагрева которого выше температуры плавления заготовки, а также электродной проволоки.

Сначала процесс повторяет операции аналогично использованию флюса. Когда образуется жидкий шлак, полностью гасится дуга. Края изделия начинают оплавляться благодаря теплу, которое выделяется, когда ток пропускается через расплав. Этим видом можно сваривать заготовки большой толщины, причем вполне достаточно одного прохода.

Вариант отличается высокой производительностью и отличным качеством шва.

Вернуться к оглавлению

Индукционная сварка

Этот вид сварки считается новым способом, который стал применяться несколько лет назад. Обычно таким методом варятся продольные швы, когда изготавливаются трубы при непрерывной подаче. Этот метод применяется для:

наплавки твердых сплавов;
изготовления режущего инструмента.

Металл в этом случае начинает нагреваться за счет использования тока высокой частоты и сильного сдавливания. Индукционная сварка совершается бесконтактно. Локализация токов высокой частоты происходит рядом с поверхностью нагреваемых деталей.

Работа этих установок совершается в следующем порядке. Ток от высокочастотного генератора передается индуктору. В заготовке начинают появляться вихревые токи, происходит сильный нагрев трубы.

Такие станы предназначены для сварки труб, максимальный диаметр которых достигает 60 мм. Скорость обработки равна 50 м/мин. Ламповый генератор мощностью 260 кВт обеспечивает питание. Используется частота 880 кГц.

Можно варить трубы и очень больших диаметров, толщина стенки которых превышает 7 мм. Максимальный диаметр трубы 426 мм, скорость сварки — 30 м/мин.

Что такое сварка.

Сваркой

называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.

Определение сварки относится к металлам и неметаллическим материалам (пластмассы, стекло, резина и т д.).

Свойства материала определяются ею внутренним строением - структурой атомов. Все металлы в твердом состоянии являются телами с кристаллической структурой. Аморфные тела (стекло и др) имеют хаотическое расположение атомов. Для соединения свариваемых частей в одно целое нужно их элементарные частицы (ионы, атомы) сблизить насколько что6ы между ними начали действовать межатомные связи, что и достигается местным пластическим деформированием.

В зависимости от условий, при которых осуществляется сваривание (образование межатомных связей) частиц металла, различают сварку плавлением и сварку давлением.

Сущность сварки плавлением состоит в том, что металл по кромкам свариваемых деталей 1 и 2 подвергается плавлению от нагрева сильным концентрированным источником тепла: электрической дугой, газовым пламенем, химической реакцией, расплавленным шлаком, энергией электронного луча, плазмой, энергией лазерного луча. Во всех этих случаях образующийся от нагрева жидкий металл одной кромки самопроизвольно соединяется с жидким металлом другой кромки. Создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После застывания металла сварочной ванны получается металл шва. Металл шва может образоваться только за счет переправления металла по кромкам или дополнительного присадочного металла, введенного в сварочную ванну.

Зона частично оплавившихся зерен металла на границе кромки свариваемой детали и шва называется зоной плавления; в этой зоне достигается межатомная связь. При этом металл шва тесно соприкасается с металлом свариваемых частей, а загрязнения, находившиеся на поверхностях свариваемых частей, всплывают наружу образуя шлак.

Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла в месте соединения под действием силы Р. Находящиеся на соединяемых поверхностях различные загрязнения вытесняют наружу, а поверхности свариваемых частей будут чистыми, ровными и сближенными по всему сечению на расстояние атомного сцепления, Зона, в которой установилась межатомная связь, называется зоной соединения. Ширина зоны соединения измеряется десятками микрон.

Пластическую деформацию кромок деталей осуществить легче, если нагревать место соединения. Источником тепла (при сварке с местным нагревом) служит электрический ток, газовое пламя, химическая реакция, механическое трение; при сварке с общим нагревом - кузнечный горн, нагревательная печь.
Процесс сварки делят на три класса : термический, термомеханический и механический.

Термический класс объединяет виды сварки, осуществляемые плавлением металла.

Термомеханический класс виды сварки, осуществляемые давлением с использованием тепловой энергии. К механическому классу относятся виды сварки, выполняемые давлением с использованием тепловой энергии. К механическому классу относятся виды сварки, выполняемые давлением с дополнительной механической энергией.

Сварка по виду применяемой энергии подразделяется на следующие основные виды

:
. Давлением с общим нагревом: кузнечная, прокаткой, выдавливанием;
. Давлением с местным нагревом: контактная, индукционно - прессовая, термитно - прессовая, газопрессовая, диффузионная, дуго - прессовая;
. Давлением без нагрева металла внешним источником тепла: ультразвуковая, холодная, трением, взрывом, магнитноимпульсная;
. Плавлением: дуговая, газовая, термитная, электрошлаковая, электронно- лучевая, лазерным лучом, плазменная.

Сварщик за работой

Сварка применяется для соединения металлов и их сплавов, термопластов во всех областях производства и в медицине.

При сварке используются различные источники энергии: электрическая дуга, электрический ток, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только в условиях промышленных предприятиях, но в полевых и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и т. п.), под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжен с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла.

Классификация сварки металлов

ГОСТ 19521-74 устанавливает классификацию сварки металлов по основным физическим, техническим и технологическим признакам.

Физические признаки, в зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, подразделяются на три класса:

Термический класс: виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии.
Термомеханический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления.
Механический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления.

К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность сварки, степень механизации сварки.

Технологические признаки установлены ГОСТ 19521-74 для каждого способа сварки отдельно.

Термический класс

Сварочная дуга

Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12 000 К и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотности тока. Температуру приближенно можно определить по формуле, предложенной академиком АН УССР К. К. Хреновым: Tст = 810 × Uдейств, где Tст - температура столба дуги, K; Uдейств - действующий потенциал ионизации, V.[источник не указан 138 дней]

Электродуговая сварка

Основная статья: Электрическая дуговая сварка

Мост Патона - первый в мире цельносварной мост. Киев. 1953 год

Источником теплоты является электрическая дуга, возникающая между торцом электрода и свариваемым изделием при протекании сварочного тока в результате замыкания внешней цепи электросварочного аппарата. Сопротивление электрической дуги больше, чем сопротивление сварочного электрода и проводов, поэтому бо́льшая часть тепловой энергии электрического тока выделяется именно в плазму электрической дуги. Этот постоянный приток тепловой энергии поддерживает плазму (электрическую дугу) от распада.

Выделяющееся тепло (в том числе за счёт теплового излучения из плазмы) нагревает торец электрода и оплавляет свариваемые поверхности, что приводит к образованию сварочной ванны - объёма жидкого металла. В процессе остывания и кристаллизации сварочной ванны образуется сварное соединение. Основными разновидностями электродуговой сварки являются: ручная дуговая сварка, сварка неплавящимся электродом, сварка плавящимся электродом, сварка под флюсом, электрошлаковая сварка.

Сварка неплавящимся электродом

В англоязычной литературе известно как en:gas tungsten arc welding (GTA welding, TGAW) или tungsten inert gas welding (TIG welding, TIGW), в немецкоязычной литературе - de:wolfram-inertgasschweißen (WIG).

В качестве электрода используется стержень, изготовленный из графита или вольфрама, температура плавления которых выше температуры, до которой они нагреваются при сварке. Сварка чаще всего проводится в среде защитного газа (аргон, гелий, азот и их смеси) для защиты шва и электрода от влияния атмосферы, а также для устойчивого горения дуги. Сварку можно проводить как без, так и с присадочным материалом. В качестве присадочного материала используются металлические прутки, проволока, полосы.

Полуавтоматическая сварка проволокой в защитных газах

В англоязычной иностранной литературе именуется как en:gas metal arc welding (GMA welding, GMAW), в немецкоязычной литературе - de:metallschutzgasschweißen (MSG). Разделяют сварку в атмосфере инертного газа (metal inert gas, MIG) и в атмосфере активного газа (metal active gas, MAG).

В качестве электрода используется металлическая проволока, к которой через специальное приспособление (токопроводящий наконечник) подводится ток. Электрическая дуга расплавляет проволоку, и для обеспечения постоянной длины дуги проволока подаётся автоматически механизмом подачи проволоки. Для защиты от атмосферы применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки вместе с электродной проволокой. Следует заметить, что углекислый газ является активным газом - при высоких температурах происходит его диссоциация с выделением кислорода. Выделившийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители (такие, как марганец и кремний). Другим следствием влияния кислорода, также связанным с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в аргоне или гелии.

Ручная дуговая сварка

В англоязычной литературе именуется en:shielded metal arc welding (SMA welding, SMAW) или manual metal arc welding (MMA welding, MMAW).

Для сварки используют электрод с нанесённым на его поверхность покрытием (обмазкой).

При плавлении обмазки образуется защитный слой, отделяющий зону сварки от атмосферных газов (азота, кислорода), и способствующий легированию шва, повышению стабильности горения дуги, удалению неметаллических включений из металла шва, формированию шва и т. д. В зависимости от типа электрода и свариваемых материалов электросварка производится постоянным током обеих полярностей или переменным током.

Ручная (TIG) и полуавтоматическая (MIG, MAG) импульсная сварка алюминия является более сложным процессом, чем электродуговая сварка чёрных металлов. Причиной тому - уникальные свойства алюминиевых сплавов, за которые они и ценятся.

Сварка под флюсом

В англоязычной иностранной литературе именуется как SAW. В этом виде сварки конец электрода (в виде металлической проволоки или стержня) подаётся под слой флюса. Горение дуги происходит в газовом пузыре, находящемся между металлом и слоем флюса, благодаря чему улучшается защита металла от вредного воздействия атмосферы и увеличивается глубина проплавления металла.

Газопламенная сварка

Основная статья: Газовая сварка

Газопламенная пайка Ацетилено-кислородное пламя (температура около 3150 °C в 2-3 мм от ядра) Сварщик, 1942 год

Источником теплоты является газовый факел, образующийся при сгорании смеси кислорода и горючего газа. В качестве горючего газа могут быть использованы ацетилен, МАФ, пропан, бутан, блаугаз, водород, керосин, бензин, бензол и их смеси. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, расплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны. Пламя может быть окислительным, «нейтральным» или восстановительным (науглероживающим), это регулируется соотношением кислорода и горючего газа.

В последние годы[когда?] в качестве заменителя ацетилена применяется новый вид топлива - сжиженный газ МАФ (метилацетилен-алленовая фракция). МАФ обеспечивает высокую скорость сварки и высокое качество сварочного шва, но требует применения присадочной проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния (СВ08ГС, СВ08Г2С). МАФ гораздо безопаснее ацетилена, в 2-3 раза дешевле и удобнее при транспортировке. Благодаря высокой температуре сгорания газа в кислороде (2927 °C) и высокому тепловыделению (20 800 ккал/м³), газовая резка с использованием МАФ гораздо эффективнее резки с использованием других газов, в том числе и ацетилена.

Огромный интерес представляет использование для газовой сварки дициана, ввиду его весьма высокой температуры сгорания (4500 °C). Препятствием к расширенному применению дициана для сварки и резки является его повышенная токсичность. С другой стороны, эффективность дициана весьма высока и сравнима с электрической дугой, и потому дициан представляет значительную перспективу для дальнейшего прогресса в развитии газопламенной обработки. Пламя дициана с кислородом, истекающее из сварочной горелки, имеет резкие очертания, очень инертно к обрабатываемому металлу, короткое и имеющее пурпурно-фиолетовый оттенок. Обрабатываемый металл (сталь) буквально «течёт», и при использовании дициана допустимы очень большие скорости сварки и резки металла.

Значительным прогрессом в развитии газопламенной обработки с использованием жидких горючих может дать применение ацетилендинитрила и его смесей с углеводородами ввиду самой высокой температуры сгорания (5000 °C). Ацетилендинитрил склонен при сильном нагреве к взрывному разложению, но в составе смесей с углеводородами гораздо более стабилен. В настоящее время производство ацетилендинитрила очень ограничено и стоимость его высока, но при развитии производства ацетилендинитрил может весьма ощутимо развить области применения газопламенной обработки во всех её областях применения.

Электрошлаковая сварка

Основная статья: Электрошлаковая сварка

Источником теплоты служит флюс, находящийся между свариваемыми изделиями, разогревающийся проходящим через него электрическим током. При этом теплота, выделяемая флюсом, расплавляет кромки свариваемых деталей и присадочную проволоку. Способ находит своё применение при сварке вертикальных швов толстостенных изделий.

Термитная сварка

Основная статья: Термитная сварка

В большинстве случаев термитная сварка относится к термическому классу. Тем не менее, встречаются технологические процессы, которые относятся к термомеханическому классу - например, термитно-прессовая сварка.

Плазменная сварка

Источником теплоты является плазменная струя, получаемая при ионизации рабочего газа в промежутке между электродами. Одним из электродов может быть само свариваемое изделие, либо оба электрода могут находиться в плазменной горелке - плазмотроне. Струя плазмы сжимается и ускоряется под действием электромагнитных сил, оказывая на свариваемое изделие как тепловое, так и газодинамическое воздействие. Помимо собственно сварки, этот способ часто используется для технологических операций наплавки, напыления и резки. Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл-анод). Сущность процесса заключается в местном плавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении резака относительно разрезаемого металла.

Электронно-лучевая сварка

Источником теплоты является электронный луч, получаемый за счёт термоэлектронной эмиссии с катода электронной пушки. Сварка ведётся в высоком вакууме (10−3 - 10−4 Па) в вакуумных камерах. Известна также технология сварки электронным лучом в атмосфере нормального давления, когда электронный луч покидает область вакуума непосредственно перед свариваемыми деталями.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества:

Высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объёме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 0,0002 … 5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине до 20:1 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т. д. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.
Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4-5 раз меньше, чем при дуговой. В результате резко снижаются коробления изделия.
Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами. Наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств. В результате достигается высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др. Хорошее качество электронно-лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, коррозионно-стойких сталях, меди и медных, никелевых, алюминиевых сплавах.

Недостатки электронно-лучевой сварки:

Возможность образования несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине;
Для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длительное время.

Лазерная сварка

Лазерная сварка двери автомобиля

Источником теплоты служит лазерный луч. Применяют лазерные установки всех видов. Высокая концентрация энергии, большая скорость лазерной сварки по сравнению с дуговыми способами, незначительное тепловое воздействие на околошовную зону вследствие высоких скоростей нагрева и охлаждения металла существенно повышают сопротивляемость большинства конструкционных материалов образованию горячих и холодных трещин. Это обеспечивает высокое качество сварных соединений из материалов, плохо свариваемых другими способами сварки.

Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции. Лазерный луч легко управляется и регулируется, с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. В отличие от электронного луча и электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва. Из-за высокой концентрации энергии (в пятне диаметром 0,1 мм и менее) в процессе лазерной сварки объём сварочной ванны небольшой, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения. Это обеспечивает высокую технологическую прочность сварных соединений, небольшие деформации сварных конструкций.

Стыковая сварка пластмасс оплавлением

Источником теплоты служит плоский нагревательный элемент, покрытый PTFE. Сварка делится на 5 этапов: нагрев под давлением, прогрев массы, вывод нагревательного элемента, сварка, затвердевание.

Сварка с закладными нагревателями

Применяется для сварки полиэтиленовых труб. Источником теплоты служит элементы сопротивления запаянные в сварной муфте. При сварке с закладными электронагревателями полиэтиленовые трубы соединяются между собой при помощи специальных пластмассовых соединительных деталей, имеющих на внутренней поверхности встроенную электрическую спираль из металлической проволоки. Получение сварного соединения происходит в результате расплавления полиэтилена на соединяемых поверхностях труб и деталей (муфт, отводов, тройников седловых отводов) за счёт тепла, выделяемого при протекании электрического тока по проволоке спирали, и последующем естественном охлаждении соединения.

Термомеханический класс

Контактная сварка

При сварке происходят два последовательных процесса: нагрев свариваемых изделий до пластического состояния и их совместное пластическое деформирование. Основными разновидностями контактной сварки являются: точечная контактная сварка, стыковая сварка, рельефная сварка, шовная сварка.

Точечная сварка

При точечной сварке детали зажимаются в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. После этого между электродами начинает протекать большой ток, который разогревает металл деталей в месте их контакта до температур плавления. Затем ток отключается и осуществляется «проковка» за счёт увеличения силы сжатия электродов. Металл кристаллизуется при сжатых электродах и образуется сварное соединение.

Стыковая сварка

Заготовки сваривают по всей плоскости их касания. В зависимости от марки металла, площади сечения заготовок и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять одним из способов.

Стыковая сварка сопротивлением

Заготовки, установленные и закреплённые в стыковой машине, прижимают одну к другой усилием определённой величины, после чего по ним пропускают электрический ток. При нагревании металла в зоне сварки до пластического состояния происходит осадка. Ток выключают до окончания осадки. Данный способ сварки требует механической обработки и тщательной зачистки поверхностей торцов заготовок.

Неравномерность нагрева и окисление металла на торцах заготовок понижают качество сварки сопротивлением, что ограничивает область её применения. С увеличением сечения заготовок качество сварки снижается особенно заметно, главным образом из-за образования окислов в стыке.

Стыковая сварка непрерывным оплавлением Контактная сварка непрерывным оплавлением трубы газопровода диаметром 1420 мм в Пскове на заводе ТЭСО

Состоит из двух стадий: оплавления и осадки. Заготовки устанавливают в зажимах машины, затем включают ток и медленно сближают их. При этом торцы заготовок касаются в одной или нескольких точках. В местах касания образуются перемычки, которые мгновенно испаряются и взрываются. Взрывы сопровождаются характерным выбросом из стыка мелких капель расплавленного металла. Образующиеся пары металла играют роль защитной атмосферы и уменьшают окисление расплавленного металла. При дальнейшем сближении заготовок образование и взрыв перемычек происходят на других участках торцов. В результате заготовки прогреваются в глубину, а на торцах возникает тонкий слой расплавленного металла, облегчающий удаление окислов из стыка. В процессе оплавления заготовки укорачиваются на заданный припуск. Оплавление должно быть устойчивым (непрерывное протекание тока при отсутствии короткого замыкания заготовок), особенно перед осадкой.

При осадке скорость сближения заготовок резко увеличивают, осуществляя при этом пластическую деформацию на заданный припуск. Переход от оплавления к осадке должен быть мгновенным, без малейшего перерыва. Осадку начинают при включённом токе и завершают при выключенном.

Стыковая сварка непрерывным оплавлением обеспечивает равномерный прогрев заготовок по сечению, торцы заготовок перед сваркой не требуют тщательной подготовки, можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и большой площадью, а также разнородные металлы и позволяет получать стабильное качество стыков. Её существенным преимуществом является также возможность сравнительно легко автоматизировать процесс.

Стыковую сварку оплавлением применяют для соединения заготовок сечением до 0,1 м². Типичными изделиями являются элементы трубчатых конструкций, колеса, рельсы, железобетонная арматура, листы, трубы.

Рельефная сварка

На деталях для сварки предварительно создают рельефы - локальные возвышения на поверхности размером несколько миллиметров в диаметре. При сварке контакт деталей происходит по рельефам, которые расплавляются, проходящим через них, сварочным током. При этом происходит пластическая деформация рельефов, выдавливаются оксиды и загрязнения. После прекращения протекания сварочного тока происходит кристаллизация расплавленного металла и образование соединения. Преимуществом данного вида сварки является возможность получения за один цикл нескольких сварных соединений высокого качества.

Диффузионная сварка

Сварка осуществляется за счёт диффузии - взаимного проникновения атомов свариваемых изделий при повышенной температуре. Сварку проводят в вакуумной установке, нагревая места соединения до 800 °C. Вместо вакуума может быть использована среда защитных газов. Методом диффузной сварки можно пользоваться при создании соединений из разнородных металлов, отличающихся по своим физико-химическим свойствам, изготавливать изделия из многослойных композитных материалов.

Способ был разработан в 1950-х годах Н. Ф. Казаковым.

Кузнечная сварка

Первый в истории вид сварки. Соединение материалов осуществляется за счёт возникновения межатомных связей при пластическом деформировании инструментом (ковочным молотом). В настоящее время в промышленности практически не используется.

Сварка высокочастотными токами

Источником теплоты служит высокочастотный ток, проходящий между свариваемыми изделиями. При последующем пластическом деформировании и остывании образуется сварное соединение.

Сварка трением

Существует несколько схем сварки трением, первой появилась соосная. Суть процесса состоит в следующем: на специальном оборудовании (машине сварки трением) одна из свариваемых деталей устанавливается во вращающийся патрон, вторая крепится в неподвижный суппорт, который имеет возможность перемещения вдоль оси. Деталь, установленная в патрон, начинает вращаться, а деталь, установленная в суппорте, приближается к первой и достаточно большим давлением воздействует на неё. В результате трения одного торца о другой происходит износ поверхностей и слои металла разных деталей приближаются друг к другу на расстояния, соразмерные размеру атомов. Начинают действовать атомные связи (образуются и разрушаются общие атомные облака), в результате возникает тепловая энергия, которая нагревает в локальной зоне концы заготовок до температуры ковки. По достижении необходимых параметров патрон резко останавливается, а суппорт продолжает давить ещё какое-то время, в результате образуется неразъёмное соединение. Сварка происходит в твёрдой фазе, аналогично кузнечной сковке.

К сожалению, в вашем браузере отключён JavaScript, или не имеется требуемого проигрывателя. Вы можете загрузить ролик или загрузить проигрыватель для воспроизведения ролика в браузере.

Сварка трением

Способ достаточно экономичный. Автоматизированные установки для сварки трением потребляют электроэнергии в 9 раз меньше, чем установки для контактной сварки. Соединяются детали за считанные секунды, при этом практически нет газовых выделений. При прочих преимуществах получается высокое качество сварки, так как не возникает пористости, включений, раковин. При постоянстве режимов, обеспечиваемых автоматикой оборудования, обеспечивается постоянство качества сварного соединения, что, в свою очередь, позволяет исключить дорогостоящий 100%-й контроль при обеспечении качества. К недостаткам следует отнести:

сложность необходимого оборудования;
узкий спектр применения метода (свариваются тела вращения в стык);
невозможность применения в непроизводственных условиях;
диаметры свариваемых деталей от 4 до 250 мм.

Способ позволяет сваривать разнородные материалы: медь и алюминий, медь и сталь, алюминий и сталь, в том числе те, что невозможно сварить другими способами.

Идея сваривать детали трением была высказана токарем-изобретателем А. И. Чудиковым. В 1950-е годы на простом токарном станке ему удалось прочно соединить два стержня из низкоуглеродистой стали.

На сегодняшний день существует несколько схем сварки трением: такие как аксиальная, перемешиванием (позволяющая сваривать неподвижные детали), инерционная и др.

Механический класс

Сварка взрывом

Сварка осуществляется сближением атомов свариваемых изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии, выделяемой при взрыве. С помощью данного способа сварки часто получают биметаллы.

Ультразвуковая сварка металлов

Сварка осуществляется сближением атомов свариваемых металлических изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии ультразвуковых колебаний, вводимых в материалы. Ультразвуковая сварка характеризуется рядом положительных качеств, что несмотря на высокую стоимость оборудования, обуславливает её применение в производстве микросхем (сварка проводников с контактными площадками), прецизионных изделий, сварка металлов разных типов и металлов с неметаллами.

Холодная сварка

Схема точечной холодной сварки

Холодная сварка представляет собою соединение однородных или неоднородных металлов при температуре ниже минимальной температуры рекристаллизации; сварка происходит благодаря пластической деформации свариваемых металлов в зоне стыка под воздействием механического усилия. Холодная сварка может быть стыковой, точечной и шовной. Прочность соединения существенно зависит от усилия сжатия и степени деформации свариваемых деталей.

Сварка в искусстве

Сварка часто встречается как предмет социалистического реализма.

См. также

Примечания

Корниенко А. Н. У истоков «электрогефеста». - М.: Машиностроение, 1987
Малыш В. М., Сорока М. М. Электрическая сварка. - Киев: Техніка, 1986
Красовский П. И., Мнткевич Э. К. Автогенная сварка. - М.: 1926
Лавров С. И. Автогенная обработка металлов. - Берлин, 1925.
Оборудование для контактной сварки: справочное пособие / Под ред. В. В. Смирнова. - СПб.: Энергоатомиздат, 2000. - 848 с. ISBN 5-283-04528-5
Сидоров М. А. Манят огни электросварки. - М.: «Знание», 1985
Achenbach F. U., Lavroff S. Elektrlsches und autogenes Schweissen und Schneiden von Metallen. - Berlin, 1925
Почекутов Е. Б. ТКМ как познание жизни. - Красноярск, 1985

ГОСТ Р ИСО 17659-2009 СВАРКА. ТЕРМИНЫ МНОГОЯЗЫЧНЫЕ ДЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

dic.academic.ru

23. Процесс сварки: определение, классификация способов сварки, виды сварных соединений.

Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и/или пластическом деформировании.

Сварка применяется для соединения металлов и их сплавов, термопластичных пластмасс (такая сварка осуществляется горячим воздухом или разогретым инструментом). неметаллических материалов (полиэтилен, полистирол, капрон, графит, керамика из окиси алюминия)

При сварке используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только в условиях промышленных предприятиях, но в полевых и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и т. п.), под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжен с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла.

Принято все существующие способы сварки делить на две большие группы:

Сварка плавлением;
сварка давлением.

Сварка плавлением характеризуется соединением частей металла в жидком состоянии без приложения давления. При сварке давлением соединение частей металла в единое целое происходит под действием давления для осадки металла, остальные признаки, в том числе состояние металла, не принимаются во внимание. Приложение давления даже при наличии расплавления в зоне сварки позволяет отнести способ к группе сварки давлением, например, при электрической контактной сварки (точечной и роликовой шовной для соединительных деталей трубопроводов).

Сварка, кроме того, подразделяется по виду энергии, используемой для нагрева металла при сварке. По этому признаку все способы сварки можно объединить в четыре основные группы:

Электрические;
механические;
химические;
лучевые.

В промышленности (например, производстве сварных труб), а так же в строительстве (при прокладке трубопроводных магистралей) наибольшее применение нашла электросварка, использующая электрическую энергию для нагрева и плавления металла соединяемых деталей.

В механических способах сварки преобладающее значение имеет механическая энергия, которую используют при холодной, прессовой, кузнечной сварке, а так же сварке трением.

При химических способах сварки для нагрева металла используется энергия экзотермических химических реакций, из которых наибольшее значение имеют газовая и термитная. Когда нагрев места сварки осуществляется в разного рода печах и горнах. Сюда же относится подгруппа многочисленных способов и разновидностей газовой сварки, где нагрев производится сжиганием горючего газа в особых сварочных горелках. К группе химических способов принадлежит со всеми разновидностями термитная сварка, при которой источником тепла служит порошкообразная горячая смесь - термит, состоящая из частиц металла, например, алюминия или магния, с большой теплотой сгорания, и окислов металла с меньшей теплотой сгорания, например, железной окалины.

Сварка лучевая, или диффузионная, обеспечивает высокую частоту процесса, в которой источник энергии расположен на значительном расстоянии от объекта сварки. К лучевым относятся такие способы сварки, как электронно-лучевая, лазерная и другие.

В зависимости от способа подачи металла и флюсов к месту сварки, осадки деталей и управление источником теплоты различают способы сварки:

Ручной;
полуавтоматический;
автоматический.

Автоматизация процесса сварки

Широкое распространение сварки в промышленности стимулировало создание оборудования для механизации и автоматизации сварочных процессов. В то же время автоматизация сварки потребовала изменения технологического процесса. В одних случаях сварочный аппарат неподвижен, а изделие перемещается относительно него с заданной скоростью, а в других - устанавливается на самодвижущуюся тележку 6 - механизм (трактор), идущий по направляющим 2, прикрепленным на неподвижном изделии 1, или рядом с ним (рис. 108).

Рис.108

На производстве нашла широкое применение полуавтоматическая дуговая сварка, сущность которой заключается в следующем: механизм подачи электродной проволоки 3,4 и пульт управления 5 устанавливают отдельно от головки или инструмента, сварочная проволока подается по гибкому шлангу, через который также подводится электрическое питание к сварочному инструменту 7.

Функции сварщика в этом случае значительно упрощаются, так как ему нужно двигать только сварочныйую головку (инструмент) в нужном направлении и на определенной высоте от изделия.

Процесс сварки

Соединение, полученное в результате сварки характеризуется непрерывной структурной связью и монолитностью строения, достигаемыми за счет образования атомно-молекулярных связей между элементарными частицами соединяемых деталей трубопроводов. Неразъемное монолитное соединение, называется сварным соединением.

Процесс образования соединения при сварке происходит в три стадии.

На первой стадии достигается физический контакт (между привариваемыми деталями), то есть осуществляется сближение соединяемых веществ на расстояния, необходимые для межатомного взаимодействия.
На второй стадии происходит химическое взаимодействие, которое заканчивается процессом образования прочного соединения деталей. Эти две стадии характерны для микроучастков соединяемых веществ.
Процесс сварки завершается диффузией.

Для качественного соединения деталей необходимо обеспечить контакт значительной части стыкуемых поверхностей и их активацию. Активация состоит в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается некоторая кинетическая энергия, необходимая для преодоления связей между ними и повышение энергии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера схватывания, то есть для перевода их в активное состояние. Такая энергия может быть сообщена в виде теплоты (термическая активация) и других видов воздействия на соединяемые материалы.

Сварка плавлением - это процесс соединения двух деталей, или заготовок в результате кристаллизации общей сварочной ванны, полученной расплавлением соединяемых кромок. Источник энергии при сварке плавлением должен быть большой мощности, высокой сосредоточенности, то есть концентрировать выделяющуюся энергию на малой площади сварочной ванны и успевать расплавлять новые участки металла, обеспечивая этим определенную скорость процесса.

Процесс сварки (2 - сварочный шов) плавлением осуществляется источником энергии 1, движущимся по свариваемым кромкам 3 с заданной скоростью. Размеры и форма сварочной ванны зависят от мощности источника и от скорости его перемещения, а также от теплофизических свойств металла.

В сварном соединении принято различать три области: основной металл - соединяемые части будущего изделия, предназначенного для эксплуатации; зона термического влияния (околошовная зона) - участки металла, в которых он находится некоторое время при высокой температуре, доходящей на линии сплавления до температуры плавления металла; сварной шов - металл шва, представляющий литую структуру с характерными особенностями.

Каждый вид сварочного процесса имеет свои особенности и находит применение в той или иной сфере производства, где он дает необходимое качество изделия и экономически целесообразен. Наиболее широкое применение для сварки металлов плавлением нашли газовая и дуговая виды сварки.

При газовой (или автогенной) сварке в качестве источника энергии используют пламя ацетиленокислородной горелки, имеющей высокую температуру (около 3000°С) и значительную мощность, зависящую от количества ацетилена (8 - редуктор для регулирования величины подачи газа), сгорающего в секунду. Кислород 1 из кислородного баллона 10 и ацетилен 2 из ацетиленового баллона 9 подаются по шлангам 7 в газовую горелку, где образуется горючая смесь 3. На выходе из сопла горелки возникает пламя. Когда нагреваемое место свариваемых деталей доводится до расплавленного состояния, к пламени подводят присадочный материал 4, который, расплавляясь вместе с кромками детали 5, образует сварочный шов 6.

Дуговая сварка.

При дуговой сварке в качестве источника энергии 2 используется электрический дуговой разряд 3, возникающий при присоединении свариваемых деталей 1 к одному полюсу источника тока, а электрода 4 - к другому. Движение электрода с дуговым разрядом и подведенным в его зону присадочным материалом (в виде прутка) 5 относительно кромок изделия заставляет перемещаться сварочную ванну, образующую сварной шов 6.

Рис. 100

Сварочной дугой называют длительный мощный электрический разряд в ионизированной среде. При этом начальная фаза среды может быть любой: твёрдой, например, сварочный флюс; жидкой, например, вода; газообразной, например, аргон; плазменной.

Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 4727 до 11727 ºС и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотности тока.

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка применяется для автоматической сварки вертикальных швов из металла большой толщины.

При электрошлаковой сварке свариваемые детали устанавливают вертикально и собирают под сварку с зазором между кромками. Электродные проволоки 5 (их может быть несколько и притом разного состава) подаются силовыми роликами 4 через изогнутые токопроводящие мундштуки 6 в зазор между свариваемыми деталями 1. В процессе сварки автомат движется вверх по направляющим, а мундштуки совершают колебательные движения, подаютвая проволоки в жидкую шлаковую ванну 2, в которой они расплавляются при температуре Т равной 1539°С вместе с металлом сплавляющихся кромок и образуют сварной шов 8. Жидкая шлаковая и металлическая ванны удерживаются поднимающимися вместе с автоматом медными ползунами 7, охлаждаемыми изнутри водой. Шлак 3, отделяясь от металла, всплывает.

Плазменная сварка.

При плазменной сварке используют дуговой разряд в плазмотроне, который дает плазменную струю 1 с очень высокой температурой.

Плазмой называется частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул, а также электрически заряженных ионов и электронов.

Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в нее плазмообразующего газа. Схема получения плазменной дуги приведена на рисунке выше. Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве – плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность – количество энергии, приходящееся на единицу площади. Температура в столбе обычной дуги, горящей в среде аргона, и паров железа составляет 5000–7000°С. Температура в плазменной дуге достигает 30 000°С.

Рис. 102

Плазмотрон представляет собой прибор 2, в котором дуговой разряд 3 возбуждается в канале 4, и давлением газа (аргона, азота, воздуха) столб дуги растягивается и вырывается из сопла, охлаждаемого проточной водой 5, за пределы плазмотрона. Может быть два типа плазмотронов: с собственным анодом, на который замыкается разряд за счет дрейфа электронов, или дугой косвенного действия - дуговой разряд возникает между двумя электродами, но не замыкается на изделие 6. В сварочной технике чаще используют плазмотрон второго типа. Плазменная сварка и обработка материалов нашла широкое применение в промышленности.

При сварке алюминиевых сплавов качество сварных соединений зависит от надежности защиты зоны сварки инертным газом и от подготовки кромок изделия.

Аргонодуговая сварка.

Так для аргонодуговой сварки (3 сопло) алюминия применяют плавящийся электрод-проволоку 7, совпадающую по составу с основным металлом свариваемых изделий 2 или неплавящийся вольфрамовый электрод. Для ответственных конструкций чаще применяют последний метод, при этом присадочный металл подают сбоку непосредственно в дуговой разряд 4, 5, 6 или в сварочную ванну 1 рядом с дуговым разрядом.

Аргонодуговую сварку применяют также для соединения деталей из титана и его сплавов. Титан - металл, напоминающий по внешнему виду сталь, обладает также весьма высокой химической активностью, несколько уступая в этом отношении алюминия. Титан имеет температуру плавления - 1668° С.

При обычной температуре титан очень устойчив к воздействию окружающей среды, так как закрыт окисной пленкой. В таком пассивном состоянии он даже устойчивее, чем коррозионно-стойкая сталь. При высоких температурах окисный слой перестает защищать титан. При температуре выше 500° С он начинает активно реагировать с окружающей средой. Поэтому титан и его сплавы можно сваривать (рис. 104) только в защитной атмосфере аргона, с которым он реагировать не может.

Сварка давлением

Сварка давлением - это процесс соединения поверхностных слоев деталей. При соединении происходит активная диффузия частиц, ведущая к полному исчезновению границы раздела и к прорастанию через нее кристаллов.

Контактная сварка широко применяется в машиностроении для изготовления изделий и конструкций, главным образом из сталей. Она относится к сварке с применением нагрева и давления. Нагрев осуществляется электрическим током, который проходит через место контакта двух свариваемых деталей. Давление, необходимое для сварки, создается или электродами, подводящими электрический ток, или специальными приспособлениями.

Различают три разновидности контактной сварки: точечную - отдельными точками (рис. 105), применяемую для тонколистовых конструкций из стали (например, кузова автомашин). Свариваемые заготовки 1 зажимаются между электродами 2, через которые проходит электрический ток большой силы от вторичной обмотки понижающего трансформатора 3, Место контакта свариваемых частей разогревается до высокой температуры, и под давлением усилия F происходит сварка; стыковую - оплавлением или давлением (рис. 106), применяемую для изготовления металлорежущего инструмента и др. В этом случае свариваемые детали 1 с силой стыкуются и удерживаются зажимами 2, к которым подводится электрический ток; роликовую (рис. 107, где 1 - свариваемые детали; 2 - ролики; 3 - электроды; 4 - источник энергии) - обеспечивающую непрерывный (герметичный) или прерывистый шов.

Рис. 105 Рис. 106 Рис. 107

В строительных конструкциях и в машиностроении сварка - основной способ получения неразъемных соединений деталей из сталей всех марок, чугуна, меди, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов и пр.

Электронно-лучевая сварка

Этот вид сварки представляет собой результат взаимодействия пучка электронов, ускоренных электрическим полем, с поверхностью металла которой эти электроны отдают накопленную в электрическом поле энергию (энергия торможения), расплавляя и даже частично испаряя ее.

Прототипом оборудования для получения пучка электронов служит рентгеновский аппарат для просвечивания биологических объектов в медицинских целях или исследований. Схема установки для сварки электронным лучом покаана на рис. 109. В камере 2 с глубоким вакуумом (давление 1 10 −4 Па и менее) между катодом 3, эмитирующим (обеспечивающим электрическую связь) электроны, и анодом 4, имеющим в середине отверстие, создается поток электронов, или электронный луч 1. Для увеличения плотности энергии электронный луч фокусируют магнитными линзами и направляют на изделие 7, соединенное с землей. Управление 8 электронным лучом осуществляется магнитным устройством, отклоняющим луч в нужном направлении.

Рис. 109

Физическая сущность этого процесса сварки заключается в том, что электроны при прохождении электрического поля большой напряженности ускоряются и приобретают большой запас энергии, которую они и передают в виде теплоты свариваемым изделиям.

Недостаток этого метода - необходимость надежной защиты обслуживающего персонала от рентгеновского излучения, вредно влияющего на живые организмы.

Лазерная сварка

Лазер, или оптический квантовый генератор (ОКГ), создает мощный импульс монохроматического излучения за счет оптического возбуждения атомов примеси в кристалле рубина или в газах.

Сущность процесса получения мощного потока световых квантов заключается в том, что атомы любого вещества могут находиться в стабильных и возбужденных состояниях и при переходе из возбужденного состояния в стабильное они выделяют энергию возбуждения в виде квантов лучистой энергии.

Возбуждение атомов может происходить различными путями, но наиболее часто это осуществляется в результате поглощения лучистой энергии.

Схема оптического квантового генератора, или лазера, представлена на рис. 110, где 1 - манипулятор для настройки расположения детали относительно луча; 2 - газоразрядная импульсная лампа; 3 - оптический квантовый генератор; 4 - осветитель места сварки; 5 - рубин (источник, испускающий фотоны); 6 - пульт управления; 7 - бинокулярный микроскоп; 8,10 - свариваемые детали; 9 - световой луч. Атомы какого-либо элемента возбуждаются непрерывным источником энергии (лампы накачки) и электроны этих атомов переходят в новое качество - энергию. Поток квантов энергии (фотонов), направленный на поверхность твердого тела, трансформирует свою энергию в тепловую, и температура твердого тела резко возрастает, так как поток фотонов обладает очень высокой концентрацией энергии.

Рис. 110

Сварка лазером не требует вакуума и идет всегда в импульсном режиме. Режим сварки регулируется частотой импульсов и некоторым расфокусированием луча до уровня плотности энергии, необходимой для сварки изделия.

Виды конструктивных соединений деталей сваркой

Различают следующие виды конструктивных соединений деталей сваркой (рис. 111): стыковое (СЗ); внахлестку (h2); тавровое (Т1); угловое (У4).

Рис. 111 Рис. 112

По форме получаемого при этом поперечного сечения шва (рис. 112) принято различать: усиленные (выпуклые); нормальные; ослабленные (вогнутые).

Кромки соединяемых деталей в зависимости от технологии сварки (ручная или автоматическая) и расположения шва (свободный доступ к нему с одной или двух сторон) могут быть ровными или специально подготовленными (срезанными) для дальнейшего соединения сваркой.

В зависимости от толщины свариваемых деталей (рис. 113) производят различную подготовку кромок: при толщине металла до 8 мм сварку производят без разделок кромок; при толщине до 26 мм производят V-образную разделку кромок; при толщине более 20 мм сваривают с криволинейным скосом кромок; при толщине металла более 12 мм рекомендуется двусторонняя Х-образная разделка кромок.

Рис. 113

Широкое распространение получили швы с нормальным очертанием. Длина катета углового шва нормального очертания называется его толщиной и обозначается буквой К (рис. 114). Длина перпендикуляра, опущенного из вершины прямого угла на гипотенузу (сечение А-А), носит название расчетной толщины шва. В швах с формой равнобедренного треугольника расчетная толщина k0 = ksin45° = 0,7k.

Рис. 114

В большинстве случаев катет шва k равен толщине детали s, но может быть и меньше.

Наименьшая толщина рабочих швов в машиностроительных конструкциях равна 3 мм. Исключение составляют конструкции, у которых толщина самого металла меньше 3 мм.

Верхний предел толщины соединяемой сваркой конструкции не ограничен, но применение швов, у которых к > 20 мм, встречается редко.

Сварка имеет ряд преимуществ перед клепаными соединениями:

1. Экономия металла. В сварных конструкциях стыки выполняются без вспомогательных элементов, утяжеляющих конструкцию, в клепаных - посредством накладок. В сварных конструкциях масса наплавленного металла, как правило, составляет 1...1,5% и редко превышает 2% массы изделия, в то время как в клепаных масса заклепок достигает 3,5...4%;

2. Снижение трудоемкости изготовления. Для заклепочного соединения требуется сверлить отверстия, которые ослабляют соединяемые детали, точно размечать центры отверстий, зенковать под потайные заклепки, применять много разнообразных приспособлений и т. п. В сварных конструкциях не требуется выполнять перечисленные предварительные операции и использовать сложное вспомогательное оборудование;

3. Уменьшение стоимости изделий. Стоимость сварных изделий ниже клепаных за счет уменьшения массы соединений и трудоемкости их изготовления;

4. Увеличение качества и прочности соединения. Сварные швы создают по сравнению с клепаными абсолютно плотные и герметичные соединения, что имеет исключительно большое значение при изготовлении резервуаров, котлов, вагонов, цистерн, трубопроводов и т. д.

malishev.info

Виды сварки и что это такое

30 декабря
65 просмотров
50 рейтинг

Ручная технология
Сварка с использованием флюса
Сварка с применением шлака
Индукционная сварка
Электродуговая сварка
Газоэлектрическая сварка

металлические детали;
керамику;
стекло;
пластмассу.

Сегодня известно несколько видов сварки, когда происходит плавление металла:

дуговая;
электрошлаковая;
электронно-лучевая;
плазменная;
лазерная;
газовая.

Классификация основных видов сварки.

При деформации без нагрева применяется:

холодная сварка;
взрыв;
диффузионное соединение с использованием вакуума.

Источник питания влияет на сварочный процесс. Он может быть:

дуговым;
газовым;
электронно-лучевым.

Применение защитных материалов требует использования других методов сварки:

с использованием флюса;
в зоне защитного газа;
в вакууме.

В зависимости от примененной механизации сварка бывает:

ручной;
полуавтоматической;
автоматической.

Рассмотрим основные виды сварки плавлением.

Ручная технология

Схема ручной дуговой сварки.

В настоящее время ЭДС стала основой при выполнении сварки металлов. Теория сварки в первую очередь изучает ЭДС. Источником тепла становится электрическая дуга, образованная двумя электродами, причем один из них - свариваемая деталь. Электрической дуге можно дать определение как сильнейшему разряду, произошедшему в газовой зоне.

Для того чтобы произошло зажигание дуги, необходимо наличие нескольких критериев:

короткое замыкание, когда электрод касается заготовки;
быстрый отвод электрода;
появление устойчивого горения.

Электрическая дуга - это мощный источник тепла, достигающий температуры 6000°. В это время максимальное значение сварочного тока равно 3 кА. Напряжение дуги во время работы может достигать 50 В.

Чаще всего используется ЭДС с покрытыми электродами. Ручная сварка, когда применяются такие электроды, предназначена для:

газовой защиты жидкого металла от попадания окружающего воздуха;
легирования.

Сварка — метод соединения деталей из однородного материала: пластика с пластиком, металла с металлом. При сваривании контактирующие поверхности расплавляются или плотно сжимаются. В зоне контакта происходит сплавление двух материалов в один. В результате образуется прочное плотное соединение двух поверхностей.

Сварка — это соединение деталей, сделанных из одинакового материала, для получение единой конструкции.

Сварка металлов расплавлением используется для качественного герметичного соединения ответственных деталей: элементы трубопровода, корпус автомобиля (автобуса, самолета), стенки металлического гаража и ворота, опоры спортивного турника, соединение арматуры внутри бетонной стены и многое другое. Какие виды сварки используют современные сварочные технологии? Как правильно выполняется сваривание металла?

Виды сваривания металлических поверхностей

Сварка металлов может осуществляться с расплавлением контактных поверхностей или с их сжатием. При этом процессы сваривания называются:

сваривание плавлением (или расплавлением);
сваривание пластическим деформированием.

Соединение деформированием может выполняться с применением подогрева или без него. Деформирование поверхностей без подогрева называется холодной сваркой. При плотном сжатии атомы различных материалов оказываются на близком расстоянии и образуют межатомные связи. Происходит соединение поверхностей.

При сваривании плавлением соединяемые поверхности локально нагреваются и расплавляются. Часто используется третий (присадочный) материал, который плавится и заполняет зазор между двумя металлами. При этом в жидком расплаве образуются межатомные связи между основным материалом и присадкой (расплавленным электродом). После остывания и затвердевания образуется сплошное сварное соединение.

Местный нагрев деталей для сваривания может осуществляться электрическим током или горящим газом. Соответственно, по способу локального нагрева сварка делится на два вида:

электрическая (в том числе электрошлаковая, электролучевая, лазерная);
газовая.

Наименования определяются используемым источником тепла. Электричество может работать как напрямую, так и косвенно. При прямом использовании электроэнергия нагревает металл и присадочный электрод благодаря прохождению по ним тока или возникновению дуги. В косвенном использовании работает различная энергия, полученная от воздействия электричества: энергия расплавленного шлака, через который проходит ток, энергия электронов в электрическом поле, луч лазера, возникающий при подаче электричества.

Сварка металлических поверхностей может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Некоторые виды сварных соединений возможны только с применением автоматики (например, электрошлаковая или шовная), другие доступны для выполнения ручными сварочными устройствами.

Электрическая сварка представлена двумя методами:

электродуговой;
электроконтактный.

Разберем подробнее, как происходит соединение поверхностей при дуговом и контактном способе сваривания.

Вернуться к оглавлению

Электродуговая сварка металлов и электроконтактная

Вернуться к оглавлению

Работа электрической дуги

Данный вид сваривания использует для нагрева теплоту электрической дуги. Дуга, образующаяся между металлическими поверхностями, представляет собой плазму. Взаимодействие металлических поверхностей с плазмой вызывает их нагрев и расплавление.

Электродуговая сварка может выполняться с использованием плавящегося электрода или неплавящегося его вида (графитового, угольного, вольфрамового). Плавящийся электрод одновременно является возбудителем электродуги и поставщиком присадочного металла. При неплавящемся электроде для возбуждения дуги используется стержень, который не расплавляется. Присадочный материал вводят в зону сваривания отдельно. При горении дуги происходит плавление присадки и кромки деталей, образовавшаяся жидкая ванночка после затвердевания образует шов.

В некоторых технологических процессах соединение поверхностей происходит без подачи присадочного материала, только перемешиванием двух основных металлов. Так производят сваривание вольфрамовым электродом.

Если электрическая дуга горит не свободно, а сжимается плазмотроном, при этом через нее продувается плазма ионизированного газа, то такой вид сваривания называется плазменным. Температура и мощность плазменной сварки выше, поскольку при сжатии дуги достигается более высокая температура ее горения, что позволяет выполнять сварку тугоплавких металлов (ниобий, молибден, тантал). Плазмообразующий газ является также защитной средой для соединяемых металлов.

Вернуться к оглавлению

Защита расплавленного металла и сплавление электрическим контактом

Если при горении дуги металлические поверхности защищают от окисления газом или вакуумом, то такое соединение называют сваркой в защитной среде. Защита необходима для сварки химически активных металлов (цирконий, алюминий), ответственных деталей из легированных сплавов. Возможна защита сварки другими веществами: флюсом, шлаком, порошковой проволокой. Соответственно, используемые методы сварки получили наименования: сваривание под флюсом, электрошлаковая сварка, вакуумная. Все это — разновидности электродугового метода, использующие различную защитную среду для предупреждения окисления расплава, изменения его химического состава и потери свойств сварного соединения.

Электроконтактная сварка использует тепло, выделяемое в месте соприкосновения двух свариваемых поверхностей. Так выполняется точечное сваривание: детали с усилием прижимают друг к другу до соприкосновения в нескольких точках. Точки соприкосновения будут являться местами максимального сопротивления и наибольшего разогрева поверхности. За счет этого нагрева и происходит оплавление и соединение металлических элементов в точках соприкосновения.

Вернуться к оглавлению

Технология электродуговой сварки металлов

Технология сварки металла с использованием электрической дуги состоит в последовательности действий по организации работы сварочного аппарата и непосредственном выполнении сварки.

Подготовка состоит в установке сварочного инвертора, и выполнении необходимого скоса кромки (подготовке поверхностей).

После установки сварочного аппарата в месте сварки контактный провод с помощью «крокодила» (конструкция присоединяющей клеммы) крепят на одной из контактных металлических поверхностей. Включают сварочный аппарат и выставляют регулятором тока его силу. Сила тока регламентируется размером электрода и толщиной свариваемых деталей. Для электрода диаметром 3 мм сила тока должна соответствовать 80-100 А.

Если поверхность металла окрашена или окислена с образованием слоя ржавчины, его необходимо поцарапать металлической щеткой для обеспечения полноценного контакта в соединении.

Определяется вид соединения контактных поверхностей:

стыковое;
внахлест;
угловое;
тавровое;
торцевое.

Рассмотрим подробнее особенности сваривания различных типов соединений. Стыковое соединение часто требует предварительной подготовки кромок свариваемых поверхностей: по их краям выполняются скосы. V-образные скосы делают по краям листов толщиной от 5 до 15 мм, Х-образные скосы — на листах толщиной больше 15 мм. Снятие V-образной кромки при стыке поверхностей позволяет получить углубление, по которому выполняется сварка. Х-образные кромки предполагают наличие углубления и выполнение сварных швов с двух сторон соединения.

Угловые и тавровые соединения тоже могут выполняться со скосом кромок (с разделкой поверхности) или без скосов и разделки (в зависимости от толщины сварного сечения).

Тавровое и угловое соединения позволяют соединять детали различной толщины. При этом положение электрода должно быть более вертикальным к той поверхности, у которой больше толщина.

Вернуться к оглавлению

Электроды для сваривания: виды и выбор

Электрод для сварки представляет собой металлический стержень, покрытый обмазкой. Состав обмазочного покрытия предназначен для защиты металла сварного шва от выгорания при окислении. Флюс вытесняет из расплавленного металла кислород, чем препятствует окислению, и выделяет защитный газ, чем также предупреждает окисление. В состав обмазки входят следующие компоненты:

Схема электрода для сварки: 1 — стержень; 2 — участок перехода; 3 — покрытие; 4 — контактный торец без покрытия; L — длина электрода; D — диаметр покрытия; d — номинальный диаметр стержня; l — длина зачищенного от покрытия конца

стабилизаторы зажигания и горения (калий, натрий, кальций);
шлакообразующая защита (шпат, кремнезем);
газообразующие (древесная мука и крахмал);
рафинирующие соединения (для вывода и связывания серы и фосфора, вредных для сваривания металла примесей);
легирующие элементы (если шву необходимы особые свойства);
связующие (жидкое стекло).

Выпускаемые промышленностью электроды имеют диаметр от 2,5 до 12 мм, для ручной сварки наибольшее применение получили 3-миллиметровые электроды.

Выбор диаметра электрода определяется толщиной свариваемых поверхностей, требуемой глубиной проплавления. Существуют таблицы, приводящие рекомендованные значения диаметров электродов в зависимости от толщины проплавляемых поверхностей. Надо знать, что небольшое уменьшение диаметра электрода возможно, при этом увеличивается время выполнения процесса. Электрод меньшего диаметра дает возможность лучше контролировать процесс, что важно для начинающего сварщика. Более тонкий электрод можно передвигать медленнее, что важно в процессе обучения.

Вернуться к оглавлению

Характеристики дуговой сварки: определение и значение

Перед началом сварки определяются оптимальные характеристики процесса сваривания:

Сила тока (регулируется на сварочном аппарате). Сила тока определяется диаметром электрода и материалом его покрытия, расположением шва (вертикально или горизонтально), толщиной материала. Чем толще материал, тем большая сила тока потребуется для его прогрева проплавления. Недостаточная сила тока не расплавляет сечение шва полностью, в результате присутствуют непровары. Слишком большой ток приведет к излишне быстрому расплавлению электрода, когда основной металл еще будет не расплавлен. Рекомендуемое значение тока указывается на упаковке электродов.
Свойства тока (полярность и род). В большинстве сварочных приборов используется прямой ток, он преобразуется из тока встроенным в аппарат выпрямителем. При постоянном токе поток электронов двигается в одном (заданном полярностью) направлении. Полярность при сварке определяет направление движения потока электронов. Существующие полярности выражаются в подключении электрода и детали:

прямая — деталь к «+», а электрод к «-»;
обратная — деталь к «-», электрод к «+».Благодаря движению электронов от «минуса» к «плюсу» на положительном полюсе «+» выделяется больше тепла, чем на отрицательном «-». Поэтому положительный полюс располагают на элементе, требующим более значительного прогрева: чугун, сталь толщиной 5 мм и более. Таким образом, прямая полярность обеспечивает глубокое проплавление. При соединении тонкостенных деталей и листов применяется обратная полярность.

Напряжение дуги (или длина сварочной дуги) — это расстояние, выдерживаемое между концом электрода и поверхностью металла. Для электрода диаметром 3 мм рекомендуемая длина дуги составляет 3,5 мм.

Вернуться к оглавлению

Как выполняется дуговая сварка: технология

Вернуться к оглавлению

Начало сварки: последовательность розжига дуги

Для возникновения дуги новый электрод вставляют в зажим и обстукивают о твердую поверхность для удаления обмазки на его рабочем конце. Под шлаком находится металлическая присадка, сам шлак служит изоляцией и закрывает присадку от розжига. После этого электродный стержень приближают к металлической поверхности на минимально возможное расстояние, 3-5 мм, не допуская прикосновения. При этом электрод держат под углом к поверхности свариваемого металла. Технология сварки металлов электродом регламентирует угол наклона электрода в размере 60-70ºC. Визуально такой угол воспринимается как почти вертикальный, с небольшим уклоном.

Для розжига дуги электродом чиркают о поверхность металла наподобие зажигания спички о коробок с серой.

Если электрод слишком приблизить к свариваемой поверхности металла, возникнет прилипание и короткое замыкание. У тех, кто начинает варить, электрод прилипает часто. По мере приобретения навыка правильного расположения электрода над металлом, поддержки оптимального расстояния прилипания происходить не должно. Прилипший электрод можно оторвать, наклонив его в другую сторону или выключив сварочный аппарат.

Если электрод прилипает слишком часто, возможно, что сила тока недостаточно велика, ее необходимо увеличить.

При оптимальной правильной удаленности электрода от места сварки (около 3 мм), происходит образование дуги с температурой порядка 5000-6000ºC. После возгорания дуги электрод можно слегка приподнять от рабочей поверхности, на несколько миллиметров.

Вернуться к оглавлению

Перемещение электрода и сварная ванна

При плавлении электрода и основного материала образуется сварная ванна (лужица расплавленного металла).

Электрод и дуга вместе со сварной ванной (зоной расплавленного металла) плавно перемещаются вдоль линии соединения. Скорость перемещения электрода определяется скоростью расплавления металла и изменения его цвета. Быстрое передвижение электрода осуществляется при работе с тонкими листами, быстро нагревающимися и легко образующими сварную ванну. Замедленное перемещение электрода применяется на толстых массивных соединениях.

Форма перемещения электрода (прямо, зигзагом, петлями) определяется шириной сварного шва и глубиной проплавления. Электрод может перемещаться прямолинейно (ровно) при небольшой сварочной ширине. Он может двигаться петлями, зигзагом, если необходимо проварить достаточную ширину и глубину соединения. Варианты движения электрода приведены на Рисунке 1.

Рисунок 1. Способы движения электрода.

Выпуклость шва после застывания сварной ванны определяется положением электрода во время сварки. Если электрод расположен почти вертикально, шов будет ровным, а проплавление — глубоким. Более наклонное расположение электрода формирует выпуклую поверхность сварного соединения и уменьшение глубины проплавления. Слишком большой наклон электрода располагает дугу в направлении шва, делая процесс сваривания плохоуправляемым.

Для качественного соединения расплавленная ванна должна иметь тонкие края, быть достаточно жидкой и послушно перемещаться за электродом.

Ванна в светофильтре (сквозь темное стекло) выглядит как оранжевая поверхность с рябью. Появление оранжевого цвета ванны (капли жидкого расплава) может расцениваться в качестве индикатора для дальнейшего перемещения электрода. То есть если появился оранжевый цвет, то сдвигаем электрод дальше на несколько миллиметров.

В месте окончания проплавления необходимо увеличить размер сварной ванны. Для этого электрод должен удерживаться над данной точкой на несколько секунд дольше.

Если происходит сквозное проплавление материала, необходимо уменьшить величину тока и взять другой электрод (меньшего диаметра). Прожженным дырам дают остыть, сколачивают с них шлак и после этого заваривают.

После сварки необходимо постучать молотком по сварному шву. Это позволит удалить с него окалину и визуально проверить сварное соединение на отсутствие несплошностей или непроваров.