3. Общие сведения о сварке металлов
Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.
Установление межатомных связей достигается путем сближения атомов на расстояние, соизмеримое параметрами кристаллических решеток (1А 0 = 10 -10 м).
Атомному сближению и установлению межатомных связей препятствуют неровности и различные загрязнения и окислы, имеющиеся на поверхности соединяемых деталей. Эти препятствия устраняются путем нагрева и (или) пластического деформирования кромок соединяемых металлов.
Согласно ГОСТу 19521-74 сварка металлов в зависимости от формы энергии, используемой для образования соединения, подразделяется на три класса: термический, термомеханический, механический.
Исходя из состояния металла во время получения неразъемного соединения, существующие способы сварки подразделяют на две группы.
К первой группе относятся способы сварки, при которых металлы соединяются в твердом состоянии посредством совместной пластической деформации. Сварка может производиться без подогрева или с подогревом металла электрическим током или газовым пламенем.
Ко второй группе относятся способы, при которых металл в месте соединения нагревается до температуры плавления.
Впервые явление электрической дуги открыл академик В.В. Петров (в 1802 г.) и предсказал возможность использования тепловой энергии дуги для плавления металла.
В 1882 г. Н.Н. Бенардос изобрел электрическую дуговую сварку плавлением угольным или графитовым электродами, а инженер Н.Г. Славянов предложил электрическую дуговую сварку плавлением металлическими электродами. Позже Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым была предложена идея автоматизации электрической дуговой сварки под флюсом плавлением. Теоретическое обоснование и внедрение в производство автоматической сварки под флюсом плавлением было выполнено советскими учеными в 1940 – 1941гг. под руководством академика Е.О. Патона.
В строительстве наибольшее распространение получили дуговая, электрическая контактная, электрошлаковая и газовая способы сварки.
В институте электросварки им. Е.О. Патона академии Наук Украины (ИЭС АН Украины) после войны разработаны и внедрены многие способы сварки, оборудование и материалы.
Сварка. Понятие, сущность процесса.
Сварка — это один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки обеспечили её широкое применение в народном хозяйстве. С помощью сварки осуществляется производство судов, турбин, котлов, самолётов, мостов, реакторов и других необходимых конструкций.
Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.
Сварное соединение металлов характеризует непрерывность структур. Для получения сварного соединения нужно осуществить межмолекулярное сцепление между свариваемыми деталями, которое приводит к установлению атомарной связи в пограничном слое.
Если зачищенные поверхности двух соединяемых металлических деталей при сжатии под большим давлением сблизить так, чтобы могло возникнуть общее, электронное облако, взаимодействующее с ионизированными атомами обоих металлических поверхностей, то получаем прочное сварное соединение. На этом принципе основана холодная сварка пластичных металлов.
При повышении температуры в месте соединения деталей, амплитуды колебания атомов относительно постоянных точек их равновесного состояния увеличиваются, и тем самым создаются условия более легкого получения связи между соединяемыми деталями. Чем выше температура нагрева, тем меньшее давление требуется для осуществления сварки, а при нагреве до температур плавления необходимое давление становится равным нулю.
Кусок твёрдого металла можно рассматривать как гигантскую молекулу, состоящую из атомов, размещённых в строго определённом, зачастую очень сложном порядке и прочно связанных в одно целое силами межатомного взаимодействия.
Принципиальная сущность процесса сварки очень проста. Поверхностные атомы куска металла имеют свободные, ненасыщенные связи, которые захватывают всякий атом или молекулу, приблизившуюся на расстояние действия межатомных сил. Сблизив поверхности двух кусков металла на расстояние действия межатомных сил или, говоря проще, до соприкосновения поверхностных атомов, получим по поверхности соприкосновения сращивание обоих кусков в одно монолитное целое с прочностью соединения цельного металла, поскольку внутри металла и по поверхности соединения действуют те же межатомные силы. Процесс соединения после соприкосновения протекает самопроизвольно (спонтанно), без затрат энергии и весьма быстро, практически мгновенно.
Объединение отдельных объёмов конденсированной твёрдой или жидкой фазы в один общий объём сопровождается уменьшением свободной поверхности и запаса энергии в системе, а потому термодинамический процесс объединения должен идти самопроизвольно, без подведения энергии извне. Свободный атом имеет избыток энергии по сравнению с атомом конденсированной системы, и присоединение свободного атома сопровождается освобождением энергии. Такое самопроизвольное объединение наблюдается на объёмах однородной жидкости.
Гораздо труднее происходит объединение объёмов твёрдого вещества. Приходится затрачивать значительные количества энергии и применять сложные технические приёмы для сближения соединяемых атомов. При комнатной температуре обычные металлы не соединяются не только при простом соприкосновении, но и при сжатии значительными усилиями. Две стальные пластинки, тщательно отшлифованные и “пригнанные”, подвергнутые длительному сдавливанию усилием в несколько тысяч килограммов, при снятии давления легко разъединяются, не обнаруживая никаких признаков соединения. Если соединения возникают в отдельных точках, они разрушаются действием упругих сил при снятии давления. Соединению твёрдых металлов мешает, прежде всего, их твёрдость, при их сближении действительное соприкосновение происходит лишь в немногих физических точках, и расширение площади действительного соприкосновения достаточно затруднительно.
Металлы с малой твёрдостью, например, свинец, достаточно прочно соединяются уже при незначительном сдавливании. У более важных для техники металлов твёрдость настолько велика, что поверхность действительного соприкосновения очень мала по сравнению с общей кажущейся поверхностью соприкосновения, даже на тщательно обработанных и пригнанных поверхностях.
На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности металла — окислы, жировые плёнки и пр., а также слои адсорбированных молекул газов, образующиеся на свежезачищенной поверхности металла под действием атмосферы почти мгновенно. Поэтому чистую поверхность металла, лишенную слоя адсорбированных газов, можно сколько-нибудь длительно сохранить лишь в высоком вакууме. Такие естественные условия имеются в космическом пространстве, где металлы получают способность довольно прочно свариваться или «схватываться» при случайных соприкосновениях. В обычных же, земных условиях приходится сталкиваться с отрицательным действием, как твёрдости металлов, так и слоя адсорбированных газов на поверхности. Для борьбы с этими затруднениями техника использует два основных средства: нагрев и давление.
Привет студент
Понятие о сварке металлов
Сваркой называют процесс соединения металлических деталей в одно неразъемное целое посредством нагрева свариваемых мест; температура нагрева металла в свариваемых местах должна обеспечивать доведение его до пластического (тестообразного) или жидкого состояния. Соединяемые сваркой куски металла могут входить или в непосредственное соприкосновение, или же их соединение осуществляют при помощи промежуточного металла, называемого в сварочной практике присадочным материалом.
В процессе сварки в месте свариваемых кромок или поверхностей образуется единая металлическая масса, прочность которой, определяемая взаимодействием между ионизированными атомами и электронным газом, может быть достигнута везде одинаковой.
Нагревание свариваемого металла до жидкого или тестообразного состояния имеет целью создание условий для возможности тесного и на достаточно большой плоскости сближения элементарных частиц свариваемого металла; в зависимости от формы, назначения и материала свариваемых изделий можно применять различные способы сварки, но все они сводятся к тому, чтобы создать эту близость элементарных частиц свариваемых металлов.
Самым старым способом сварки является кузнечный, относящийся к глубокой древности. В настоящее время его удельное значение весьма мало. Современные способы сварки, главнейшими из которых являются электрический и газовый, возникли в конце XIX в.
Современные способы сварки позволяют во многих случаях заменять ими клепку и литье. В России сварка получила весьма большое распространение; по применению сварочной техники наша страна заняла первое место в мире не только по объему сварочных работ, но и по совершенству технологических процессов. Сварка получила широкое применение на новостройках при изготовлении разного рода стальных конструкций, на машиностроительных заводах, в котло-, судо-, вагоно- и мостостроении.
Россия является родиной теории и практики сварки металлов. В 1802 г. В. В. Петровым была открыта и описана электрическая дуга; это было на 20 лет раньше, чем ее наблюдал английский физик Дэви. В. В. Петров описал ряд свойств электрической дуги и, в частности, ее способность мгновенно расплавлять металлическую проволоку. Опыты Петрова были использованы русским изобретателем Николаем Николаевичем Бенардосом, который в 1882 г. предложил применять электрическую дугу для сварки металлов, пользуясь при подводе тока угольным электродом. Способ Бенардоса был впервые применен в России на Орловско-Витебской, железной дороге при ремонте паровозов; он получил известность и распространение как в России, так и за границей.
В 1888 г. горный инженер Н. Г. Славянов заменил угольный электрод металлическим, что чрезвычайно расширило область применения сварки. Способ Н. Г. Славянова получил всемирную известность и распространение; на его имя были выданы патенты во многих странах; в 1893 г. на Всемирной выставке в Чикаго Н. Г. Славянов был награжден золотой медалью. Н. Г. Славянову принадлежит разработка технологических процессов электросварки; сварка была применена им при самых разнообразных работах, перечень которых составляет более полутора тысяч. Славяновым написано много работ по вопросам электросварки; его работы в переводах имеют широкое распространение за границей. После смерти Славянова (1897 г.) его работы в условиях царской России не получили дальнейшего развития; только после Великой Октябрьской революции вопросам сварки было уделено должное внимание. В первой сталинской пятилетке сварку начали применять в России не только при ремонтных работах, но и при изготовлении новых машин и металлических изделий.
Развитие сварочного дела в России не ограничилось только организацией производства сварочных машин и оборудования; в России имеется ряд научно-исследовательских институтов сварки, а также специальные сварочные учебные заведения.
Применение сварки вместо клепки и литья во многих случаях дает экономию металла от 15 до 50%; кроме того, переход на сварочные работы во всех случаях сопровождается экономией во времени и рабочей силе.
Развитие стахановского движения среди рабочих-сварщиков привело к усовершенствованию технологического процесса сварки и сопровождалось повышением производительности труда.
Большим достижением нашей сварочной техники является также изобретение в 1927 г. лауреатом Сталинской премии инж. Д. А. Дульчевским способа дуговой сварки под слоем флюса и широкое внедрение автоматики в сварочные процессы. Скоростной метод автоматической электросварки под слоем флюса разработан под руководством акад. Е. О. Патона.
Газовая сварка металлов получила распространение с 20-х годов XX столетия; ее развитие связано с усовершенствованием промышленных способов получения ацетилена и кислорода. В то время, когда электросварка еще не была достаточно усовершенствована, газовая сварка являлась более распространенной, чем электросварка. С началом применения высококачественных электродов с толстой обмазкой газовая сварка в ряде случаев вытесняется электросваркой. Автоматизация процессов электросварки и метод электросварки под слоем флюса дали мощный толчок еще более широкому распространению электросварки. Однако в ремонтном деле газовая сварка еще сохраняет в некоторых случаях свои преимущества.
Способы сварки можно классифицировать по различным признакам: 1) по виду энергии, применяемой в процессе сварки; 2) по состоянию металла в свариваемом месте; 3) по характеру технологического процесса.
В зависимости от источника энергии сварка разделяется на химическую и электрическую; к первой относятся кузнечная, газовая и термитная сварка, ко второй — все виды электросварки.
В зависимости от степени нагрева свариваемый металл может быть или в пластическом (тестообразном) или в расплавленном жидком состоянии. В первом случае для осуществления процесса сварки необходимо приложить к свариваемому изделию усилие, под действием которого частицы свариваемого материала приходят в движение, в результате которого увеличивается площадь соприкосновения свариваемых кусков металла; такую сварку называют пластической. Во втором случае расплавленный металл свариваемых предметов и присадочный образуют общую ванну, после остывания которой сварка оказывается осуществленной без применения механического воздействия; такую сварку называют сваркой плавлением.
По характеру технологического процесса сварку можно подразделить на кузнечную, газовую, электрическую, термитную и газо-электрическую.
На фиг. 319 приведена схема классификации способов сварки, предложенная Комиссией технической терминологии; в эту схему, однако, внесено дополнение — к видам химико-механической сварки добавлена газопрессовая сварка.
Наиболее близкой к терминологии, принятой в практике сварочного дела, является классификация, составленная в зависимости от характера технологического процесса сварки.
Сварка
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, 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.
Содержание
Классификация сварки металлов [1]
ГОСТ 19521-74 [2] 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
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 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
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. [3]
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
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
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
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
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 [4] .
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
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.
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
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 [5] .
Прочность соединения существенно зависит от усилия сжатия и степени деформации свариваемых деталей.
Сварка в искусстве
Сварка часто встречается как предмет социалистического реализма.
 |  |
| Электросварщик. Бюст в Музее социалистического искусства в Софии | Сварка в космосе на почтовой марке. 2006 год |
См. также
Примечания
- ↑Классификация сварки металлов. Схема. Сайт www.gost-svarka.ru. Архивировано из первоисточника 25 августа 2011.Проверено 17 декабря 2010.
- ↑ГОСТ 19521-74 Сварка металлов. Классификация.. Архивировано из первоисточника 25 августа 2011.Проверено 17 декабря 2010.
- ↑http://www.shonai-cit.ac.jp/center/TIG.JPG
- ↑Лазерная сварка
- ↑Скойбеда А. Т. и др. Детали машин и основы конструирования: Учебник / А. Т. Кузьмин, А. В. Кузьмин, Н. Н. Макейчик; Под общ. ред. А. Т. Скойбеды. — Мн.: Вышэйшая школа, 2000. — 584 с. — 3000 экз. ISBN 985-06-0081-0
Литература
| Сварка на Викискладе ? |
- 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
Ссылки
Сварка
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое «Сварка» в других словарях:
Сварка — – получение неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. [ГОСТ 2601 84] Сварка – получение неразъемных соединений посредством… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Сварка — стального каркаса будущего небоскреба. СВАРКА, процесс получения неразъемного соединения деталей из металлов, керамики, пластмасс, стекла и других материалов или их сочетаний (например, стекла с металлом) чаще всего путем местного или общего… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
СВАРКА — СВАРКА, сварки, жен. (тех.). Соединение металлических частей путем заливки промежутков между ними расплавленным металлом. Автогенная сварка. || Соединение металлических частей, нагретых до высокой температуры, путем ковки или сжимания их.… … Толковый словарь Ушакова
СВАРКА — технологический процесс получения неразъёмных соединений твёрдых материалов из металла и неметалла (стекла, керамики, пластмасс и др.) путём образования межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании (плавлении) или пластическом… … Большая политехническая энциклопедия
СВАРКА — процесс соединения металл. частей путем нагрева места соединения до пластического состояния или расплавления. В первом случае (С. давлением) после нагрева производится проковка или сильное сжатие свариваемых концов, во втором (С. плавлением)… … Технический железнодорожный словарь
сварка — Получение неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании [ГОСТ 2601 84] сварка Процесс получения неразъёмных соединений посредством установления… … Справочник технического переводчика
сварка — автоген, сваривание, соединение, состыковывание Словарь русских синонимов. сварка сущ., кол во синонимов: 20 • автоген (2) • … Словарь синонимов
СВАРКА — процесс получения неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или при совместном действии того и другого в результате установления межатомных связей в месте их… … Большой Энциклопедический словарь
СВАРКА — СВАРКА, процесс соединения металлических деталей, как правило, с помощью регулируемого плавления. Автомашины, домашняя техника, мосты, электронные приборы это только часть объектов, в которых содержатся детали, соединенные сваркой. Сварочные… … Научно-технический энциклопедический словарь
сварка — СВАРИТЬ, сварю, сваришь; сваренный; сов. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
СВАРКА — (Welding) способ соединения металлических частей путем соприкасания при расплавлении этих частей (С. плавлением) или при приведении их в тестообразное состояние с последующей ковкой (С. давлением). Последняя применяется к металлам (железо, сталь) … Морской словарь