Технология сварки плавлением

Изучите классификацию способов сварки плавлением по виду источника теплоты.

Дуговая сварка. Это один из видов сварки плавлением, в котором источником тепла служит сварочная дуга - стабильный и управляемый электрический разряд в газовой среде. Дуга способна практически мгновенно расплавлять и перегревать до 2000... 2500°С небольшие участки металла заготовки. Уясните условия возбуждения и стабилизации дуги, ее электрические и тепловые свойства, способы управления мощностью.

При сварке стремятся к минимальному напряжению на дуге, поэтому регулирование мощности дуги производят изменением тока сварочного источника, управляя его вольт-амперной характеристикой.

Усвойте основные требования к источникам тока: легкое зажигание дуги и безопасность работы, что достигается напряжением холостого хода не более 60-70 В; стабильное горение дуги на заданном режиме; варьирование током; ограничение тока при коротком замыкании сварочной цепи. Для выполнения этих требований применяют источник переменного или постоянного тока с напряжением холостого хода 60... 70 В и падающей вольт-амперной характеристикой регулируемой кривизны.

Дуговая сварка классифицируется по степени автоматизации и способам зашиты шва от взаимодействия с атмосферой.

Литература: [1], разд. 5, гл. II. § 1-3.

Ручная дуговая сварка. В этом процессе сварщик управляет электродом, поддерживая заданную длину дуги, производя подачу электрода по мере его плавления и перемещения по заготовке. Уясните способы защиты металла шва от атмосферы, обеспечивающие качественное сваренное соединение.

При сварке плавящимся электродом наносят защитно-легирующие покрытия, которые при расплавлении образуют легкие шлаки, покрывающие металл шва и ванну вязкой пленкой, препятствующей окислению. В составе покрытий содержатся раскислители и легирующие добавки, которые восстанавливают оксиды в металле шва в период его контакта с жидким шлаком и легируют шов в целях повышения эксплуатационных свойств.

При дуговой сварке неизбежные колебания длины дуги не вызывают больших изменений сварочного тока из-за применения источников с крутопадающей вольт-амперной характеристикой.

Обратите внимание на принцип выбора типа, марки и диаметра электрода для сварки, а также допустимый режим сварки. Ток при ручной дуговой сварке подводят к одному концу электрода, а дуга горит у противоположного на расстоянии около 300...400мм. При чрезмерном токе возможен перегрев верхней части электрода джоулевым теплом. что вызывает отслаивание защитного покрытия и брак при сварке. Чтобы не допустить перегрева электрода, его диаметр выбирают зависимости от толщины свариваемого металла, а сварочного тока - по диаметру электрода. Изучите области применения этого способа сварки (материалы, толщины, типы конструкций). Способ эффективен при сварке коротких, прерывистых швов сложных траекторий, в труднодоступных местах, в различных пространственных положениях в условиях ремонта, в опытном производстве, монтаже и строительстве. При ручной сварке объем жидкого металла сварочной ванны незначителен и он может удерживаться на вертикальной стене или в потолочном положении за счет сил поверхностного натяжения. Недостатки способа: тяжелый ручной труд и низкая производительность.

Литература: [1], разд. 5, гл. II, § 4.

Автоматическая сварка под флюсом. Уясните, как обеспечивается начало процесса сварки, поддержание его на заданном режиме, зашита от атмосферы и роль сварщика. Наладку автомата при заданной толщине свариваемого металла производят наладчик, определяя ток, скорость сварки, напряжение на дуге, а также скорость подачи электродной проволока равную скорости ее плавления на данном режиме. Возможные случайные отклонения режима в процессе сварки устраняются автоматически по двум вариантам. В автомате с регулируемой скоростью подачи электродной проволоки, зависящей от напряжения на дуге, копируются действия сварщика. Автомат непрерывно сравнивает заданное напряжение (v₃) на дуге с действительным (v_д). Если v_д < v₃, скорость подачи электрода снижается, а если v_д > v₃ - увеличивается, что устраняет обрывы дуги или короткие замыкания. Автоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки основаны на саморегулировании дуги, за счет чего при случайном увеличении длины дуги снижается сварочный ток и скорость плавления электрода восстанавливается до заданного режима. Саморегулирование дуги эффективно для большой плотности тока (большой ток или малый диаметр электрода). Качество процесса автоматической сварки обеспечивается правильным выбором марок проволоки для сварки (они имеют пониженное содержание примесей и обозначаются индексом " Св" ), а также флюса. Общие требования к флюсу: при взаимодействии с металлом он должен давать шлак с меньшей, чем у металла, плотностью; не образовывать с ним промежуточных соединений; иметь большую усадку. Этим исключаются шлаковые включения в шве и достигается самопроизвольное отделение шлаковой корки от шва при остывании.

Рассмотрите особенности технологии сварки, уяснив, что при автоматической сварке токопровод близко расположен к дуге и можно использовать, не опасаясь перегрева, электроды диаметром 4... 5 мм и ток до 1600 А и достичь наибольшей производительности процесса сварки. Большая масса жидкой ванны не позволяет выполнять сварку в потолочном положении, а при сварке корневого шва требуются мероприятия по удержанию жидкой ванны (подладки, флюсовые подушки). Автоматическую сварку под флюсом целесообразно применять для однотипных узлов, имеющих протяженные прямолинейные и кольцевые швы - для листовых заготовок повышенной толщины (более 3 мм) из различных сталей, меди, титана, алюминия и их сплавов.

Литература: [1], разд. 5, гл. II. § 5.

Дуговая сварка в защитных газах. Уясните роль защиты зоны дуги газом, заключающуюся в оттеснении атмосферы воздуха из зоны горения дуги защитными газами с одновременным исключением их взаимодействия с металлом сварочной ванны шва.

Следует иметь в виду, что защитные газы могут быть инертными (аргон, гелий) и активными (углекислый газ, азот, водород). Инертные газы не вступают и реакцию с металлом электрода и сварочной ванны и не растворяются в нем. Поэтому химический состав шва идентичен составу свариваемого металла, что обеспечивает наиболее высокое качество сварных соединении. Важно усвоить, что инертные газы применяют при сварке легированных сталей и сплавов на основе титана, циркония, ниобия, алюминия, магния.

Для ряда сплавов качественные соединения получают при сварке в среде активных газов, которые могут вступать в химические реакции с металлом сварочной ванны. Так, большинство марок конструкционных сталей сваривают в среде углекислого газа. Попади в зону высоких температур дуги, он диссонирует с выделением атомарного кислорода. Для зашиты от окисления применяют сварочную проволоку с повышенным содержанием кремния и марганца (1-2%), которые способны восстановить оксид железа; при этом продукты реакции всплывают на поверхность шва в виде шлака.

Сварку в среде защитных газов осуществляют плавящимся или неплавящимся электродом. В последнем случае электрод изготавливают из вольфрама, а для зашиты используют инертные газы. Сварку выполняют вручную, на полуавтоматах и автоматах.

Стабилизация процесса сварки плавящимся электродом в защитных газах обеспечивается саморегулированием дуги при постоянной скорости подачи электрода. При этом применяют электродную проволоку малых диаметров (1... 3 мм), повышенные значения тока и источники с жесткой или возрастающей характеристикой. В этих условиях короткие замыкания между электродом и заготовкой не опасны для источника тока, так как электродная проволока малого диаметра играет роль плавкого предохранителя.

При сварке в защитных газах сварочная ванна охлаждается быстрее, так как объем ее мал. Это позволяет, в отличие от сварки под флюсом, производить сварку в защитных газах в потолочном и вертикальном положении. Например, возможна сварка встык невращающихся труб за счет движения автоматической сварочной головки вокруг стыка трубы.

Литература: [1], разд. 5, гл. II, § 6.

Сварка и обработка материалов плазменной струей. При этом методе сварки источником теплоты служит струя газа, ионизированного в дуге, которая, соударяясь о менее нагретое тело, деионизируется с выделением большого количества теплоты, позволяющим считать ее вторичным источником. Температура плазменной струи зависит от степени ионизации газа. Для ионизации используют столб сжатой дуги, т.е. дуги, горящей в узком канале, через который под давлением продувают газ (аргон, азот, водород), дополнительно увеличивающий степень ее вжатия, В этих условиях температура газа в столбе дуги достигает 30000°С, что по сравнению со свободно горящей дугой резко увеличивает степень ионизации и температуру газа, выходящего из канала с большой скоростью в виде струи. Этот источник теплоты имеет высокую концентрацию тепловой энергии и обладает защитными свойствами. Струя плазмы используется в двух вариантах: в совмещении с дугой (при термической резке) и обособленно от дуги (при сварке, наплавке, напылении). Последний вариант пригоден для обработки токонепроводящих материалов.

Литература: [1], разд. 5, гл. II, в 7.

Электрошлаковая сварка. Рассмотрите сущность процесса и его отличия от сварки под флюсом. Для начала процесса необходима шлаковая ванна, которую получают с помощью сварочной дуги. Подавая флюс в дугу, создают значительный слой электропроводного жидкого шлака. После создания слоя жидкого шлака дуга погружается в него, удлиняется и становится неустойчивой. Это приводит к прекращению дугового разряда и замыканию сварочной пени через жидкий шлак, подогреваемый джоулевым теплом при прохождении через него электрического тока. Плавление электронной проволоки, подаваемой и сварочную ванну, обеспечивается теплотой перегреваемого шлака. Теплота расходуется и на оплавление кромок спариваемых заготовок по всей толщине. Следовательно, в электрошлаковом процессе источником теплоты является шлаковая ванна. Источник теплоты является распределенным в отличие от сосредоточенного источника - дуги. За счет применения такого источника обеспечивается возможность сварки за один проход заготовок большой толщины и достижение высокой производительности. Процесс сварки возможем при вертикальном расположении шва; скорость процесса сварки 1...5м/ч а производительность тем выше, чем больше толщина свариваемых заготовок.

Электрошлаковую сварку применяют для соединения толстолистовых (более 20 мм) заготовок, отливок поковок и слитков из чугуна, стали, медных, никелевых, титановых и алюминиевых сплавов. Возможно выполнение стыковых (прямолинейных и кольцевых) швов, наплавов, а также тавровых швов при изготовлении крутых гидроцилиндров, станин прессов и крупных узлов оборудования тяжелого машиностроения.

Литература: [1], разд. 5, гл. II, § 8.

Сварка электронным лучом. Процесс относится к сварке плавлением. В отличие от дуговых методов сварки выполняется в глубоком вакууме, где мало ионов, переносящих электрические разряды. Поэтому в вакууме дуговой электрический заряд неустойчив. Для сварки в вакууме с давлением 1, 33 • 10^-8... 1, 33 • 10^-10 МПа в качестве источника теплоты используют поток ускоренных электронов. Скорость электронов равна примерно половине скорости света, что достигается высоким напряжением (40... 150 кВ) между катодом и заготовкой (анодом). Электроны, излучаемые с катода, разгоняются, концентрируются в луч и бомбардируют металл, выделяя при торможении теплоту за счет перехода кинетической энергии в тепловую. Важно отметить, что энергию луча можно концентрировать на весьма малой плошали в глубине металла, где происходит торможение основного потоки электронов. Это обеспечивает весьма высокую проплавляющую способность луча, позволяющую сваривать заготовки толщиной до 50 мм за сами проход без разделки кромок и получать швы минимальной ширины, что исключает искажение формы заготовок при сварке. Сварка электронным лучом применима для заготовок, размещаемых в камере, и обеспечивает наиболее високос качество соединений любых металлов, в том числе тугоплавких, легко окисляемых при повышенных температурах.

Литература: [1], разд. 5, гл. II, § 9.

Лазерная сварка. При лазерной сварке источником теплоты для расплавления свариваемых кромок служит узконаправленный монохроматичный световой луч, который способен нагревать металл и другие непрозрачные материалы. Основные достоинства лазерной сварки: высокая локальность пятна нагрева, равного диаметру электронного луча, но не требующая вакуумной среды. Лазерную сварку ведут в воздушной среде, а для зашиты металла от окисления используют струйные способы газовой защиты. Лазерную сварку применяют в промышленности для сварки тонколистовых конструкций из разных конструкционных сплавов, в том числе и ограниченно свариваемых другими методами.

Литература: [1], разд. 7, § 6.

Термическая резка. Под термической резкой понимают местное удаление материала заготовки по траектории реза. По механизму удаления различают химический процесс окисления нагретого металла кислородом и перевода его в легкоплавкие оксиды, удаляемые из зоны реза, а также электромеханический процесс нагрева до расплавления и выдувания жидкого металла из зоны реза. К первому относят газокислородную резку, а ко второму - дуговую, плазменную, электронно-лучевую и лазерную.

Литература: [1], разд. 5, гл. II, § 11.

Термомеханическая сварка

Изучите классификацию способов сварки по характеру термомеханического
воздействия на заготовки и видам энергии.

Контактная сварка. Контактная сварка наиболее распространенный способ сварки давлением, где нагрев металла производят теплотой, выделяемой при контакте двух заготовок при протекании через них электрического тока. Теплота интенсивнее выделяется в зоне сварки, т.е. месте контакта между заготовками, так как эта зона имеет наибольшее электросопротивление. Главное требование к нагреву - обеспечение совместной пластической деформаций свариваемых заготовок.

Уясните, почему стыковую, точечную и роликовую сварку называют контактной и в чем различие этих процессов.

Стыковой сваркой сваривают заготовки компактных сечений (рельсы, прутки, трубы). Торцы заготовок нагревают, а затем сжимают для обеспечения совместной пластической деформации. Сварку ведут двумя способами: сопротивлением и оплавлением.

Сварку сопротивлением применяют при соединении небольших заготовок из однородных сплавов, с обработанными и очищенными торцами и подгонкой их по площади поперечного сечения в месте сварки.

Сварку оплавлением применяют при соединении крупных заготовок различных поперечных сечений из любых сплавов без предварительной обработки торцов. Нагрев ведут до полного оплавления торцов. При последующем сжатии жидкий металл с оксидами и загрязнениями выдавливается из зоны сварки, а в совместной пластической деформации участвуют нагретые слои свариваемых металлов.

Точечная и роликовая сварка предназначена для соединения листовых заготовок. Края заготовок, собранные внахлестку, сжимают электродами и нагревают проходящим электрическим током. Максимальный нагрев достигается в местах контакта между листами заготовок. Это приводит к частичному расплавлению заготовок по толщине и образованию литого ядра сварной точки. Вытеканию жидкого металла препятствует сжатие листов электродами. Давление способствует получению плотного металла в сварной точке, несмотря на усадку жидкого металла при кристаллизации.

Оборудование для роликовой сварки отличается от точечной формой электродов. Роликовая сварка обеспечивает получение герметичного непрерывного шва за счет последовательного образования, перекрещивающихся точечных соединений. Уясните, почему электроды не привариваются к заготовкам и из какого материала их изготавливают. Одной из причин брака является расплавление листов в месте, сварки на всю толщину. При этом происходит выброс лишнего металла из-под электродов. С этих позиций следует рассматривать трудности при сварке ультратонких заготовок, связанных с нестабильностью качества сварки, а также способ их преодоления за счет конденсаторной сварки.

Изучите устройство машин для контактной сварки (для односторонней и двусторонней точечной сварки, одноточечные и многоточечные), назначение узлов машин и возможности механизации процесса.

Рассмотрите подготовку заготовок под сварку и их сборку, технологические возможности процессов и характерные области применения (материалы, толщины, типы конструкций). Выбор типа машины для контактной сварки и ее мощность зависят от размеров и формы заготовок, а также от теплопроводности и электросопротивления материала.

Литература: [1], разд. 5, гл. III. § 1-6.

Сварка трением и газопрессовая сварка. Эти способы относят к сварке давлением, но они различаются источниками теплоты. Надо выявить преимущества способов по сравнению с контактной стыковой сваркой, особенности процессов и рациональные области применения. Для сварки трением одна из заготовок должна иметь ось крашения.

Положительной стороной газопрессовой сварки является более плавный, чем при контактной сварке, режим нагрева и охлаждения и защита от окисления газовым пламенем. Поэтому она пригодна для сварки особо крупных заготовок. Важно, что при этом не требуется электроэнергии, что позволяет применять се при ремонтных и других работах в полевых условиях.

Литература: [1], разд. 5, гл. III. § 8- 10.

Диффузионная сварка в вакууме. Сущность процесса состоит в диффузии
атомов соединяемых элементов, при которой на границе контакта двух деталей
образуются новые зерна, принадлежащие одновременно каждой из соединяемых
заготовок. Температура нагрева металла такова, что он остается в твердом состоянии, но скорость диффузионных процессов наибольшая; давление ниже предела
текучести - для обеспечения физического контакта при сохранении форм заготовок; наличие вакуума - для зашиты от окисления. Этот способ позволяет получать соединения по большой контактной поверхности и без существенной пластической деформации; применяется для получения биметаллических, заготовок;
соединения металлов с неметаллами.

Литература: [1], разд. 5. гл. III, § 11.

4. Механическая сварка

Ультразвуковая сварка. Способ применяют при сварке металлов и пластмасс. Металлические листовые заготовки сжимают и сообщают одной из них возвратно-поступательное перемещение вдоль плоскости сварки с ультразвуковой частотой. Сварка осуществляется за счет разрушения оксидных пленок при скольжении и совместной деформации заготовок. Нагрев при этом не превышает 200... 300°С. Способ пригоден для тонколистовых заготовок, в том числе для сварки после окончательной упрочняющей обработки.

Пластмассы сваривают при колебаниях инструмента, направленного перпендикулярно свариваемым поверхностям. При этом заготовки размягчаются за счет нагревания при рассеивании упругих колебаний у поверхности контакта. Способ позволяет сваривать заготовки различных толщин: пленки и листы толщиной 5... 20 мм из термопластичных материалов.

Литература: [1].разд. 5. гл. III. § 9.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 Следующая ⇒