Технология и оборудование сварки плавлением

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Акулов А. И., Бельчук Г. А. и Демянцевич В. П.

Учебник написан по программе для студентов вузов, обучающихся по специальности «Технология и оборудование сварочного произ­водства».

При написании учебника авторы исходили из построения учебного плана данной специальности, по которому к моменту изучения курса студенты уже изучили ряд не только общеинже — 1.1 Орні. їх и общетехнических дисциплин, но частично или полностью таких специальных дисциплин, как теория сварочных процессов, источники питания для сварки, расчет и проектирование сварных конструкций и др.

Прохождение упомянутых дисциплин предполагает достаточно глубокое изучение студентами таких вопросов, как классификация способов сварки, теоретические основы источников теплоты, используемых при сварке, физико-металлургические и тепловые процессы при сварке, процессы кристаллизации металла сварного ІНВ.1 и технологическая прочность сварных соединений и т. п.

По указанной причине основное внимание в данном учебнике уделено технологии сварки плавлением, а по сварочному обору­дованию приведены только сведения, дополняющие курс источни­ков питания. В разделах по технологии сварки авторы не стреми­лись привести все данные о сварочных материалах, режимах п Iі. п., учитывая, что эти данные имеются в справочной литературе, к уделили основное внимание освещению основ выбора технологии.

При подготовке учебника проф. А. И. Акулов написал главы I! VI, IX и выполнил общее научное редактирование. Другие разделы написали: проф. Г. А. Бельчук введение и главы I, III, 11. XIII, XV, проф. В. П. Демянцевич главы VII, X, XI, проф. Г А. Пельчук и проф. В. П. Демянцевич главу V. По просьбе авторов доц. В. В. Башенко написал главу IV, проф. Г. JI. Пет­рим — главы VIII и XIV.

Учебник по данному курсу подготовлен впервые и в нем, ве­рни гмо, нмошгся отдельные погрешности. Авторы с благодарностью примут псе замечания и пожелания.

Для получения неразъемного соединения при сварке плавлением кромки металла свариваемых элементов (основной металл) и до­полнительный металл (сварочная проволока и др.) в месте соедине­ния расплавляются, самопроизвольно сливаются в общую, так называемую сварочную ванну, в которой происходят многие физико-химические процессы и устанавливаются металлические связи.

При удалении источника нагрева металл сварочной ванны кристаллизуется, образуя сварной шов, который и соединяет свариваемые элементы в одно целое. Металл сварного шва обычно значительно отличается от основного свариваемого металла по химическому составу и структуре, так как металл шва всегда имеет структуру литого металла. Рядом со швом в основном ме­талле под действием термического цикла сварки образуется раз­личной протяженности зона термического влияния, металл кото­рой нагревался в интервале температура плавления — температу­ра критических точек, в результате чего в металле происходят структурные изменения.

Металл шва и основной металл зоны термического влияния, в котором произошли какие-либо структурные изменения, назы­ваются сварным соединением. Механические, коррозионные и дру­гие свойства сварного соединения могут существенно отличаться от свойств основного металла. При равенстве показателей механи­ческих свойств сварного соединения и исходного металла свар­ное соединение равнопрочно основному металлу.

Н качестве источника теплоты при электрической сварке плав­лением можно использовать различные источники — электричес­кую дугу (злоктродуговая сварка), теплоту шлаковой ванны (алектрошлаковал сварка), теплоту струи ионизированных газов «холодной» плазмы (плазменная сварка), теплоту, выделяемую и изделии и результате преобразования кинетической энергии электронов (электронно-лучевая сварка), теплоту когерентного тошного луча лазера (лазерная сварка) и некоторые другие.

Основной способ сварки плавлением — электродуговая свар­ки — имеет много разновидностей, связанных со степенью меха­низации, — ручная, полуавтоматическая, автоматическая, с при­менением различных защитных веществ,,— толстого покрытия на электродах (при ручной сварке), флюсов, защитных газов или порошковой проволоки при механизированной сварке, контро­лируемой атмосферы (защитных газов или вакуума) при некоторых способах дуговой и электронно-лучевой сварки. [Сварка плавле­нием применяется для весьма широкого круга цветных металлов и сплавов, а также неметаллов — стекла, керамики, графита.

Все указанные особенности значительно усложняют задачи, которые стоят перед инженерами-технологами, разрабатывающими технологический процесс сварки плавлением.

Разработанный технологический процесс сварки не только должен обеспечивать получение надежных сварных соединений и конструкций, отвечающих всем эксплуатационным требованиям, по должен также допускать максимальную степень комплексной механизации и автоматизации всего производственного процесса изготовления изделия, должен также быть экономически наивы — годиейшим по расходу энергии, сварочных материалов, затрат человеческого труда.

Такие оптимизационные технологические задачи решаются на основе использования расчетных, аналитических методов проекти­рования технологического процесса сварки. При разработке тех­нологического процесса изготовления сложной сварной конструк­ции целесообразен расчет нескольких вариантов технологии на ЭВМ с последующим отбором оптимального варианта технологом — сварщиком.

Широко известно, что Россия явилась родиной электродуговой сварки. Наши соотечественники первыми в мире во многих странах запатентовали способ электродуговой сварки. В 1882 г. Н. Н. Бе — нардос предложил способ электродуговой сварки угольным элект­родом, а в 1888 г. Н. Г. Славяпов предложил способ электродуговой сварки металлическим электродом. Они же изобрели и ряд других процессов и вариантов сварки, в частности устройство для меха­низированной подачи электрода в дугу, применение дробленого стекла в качестве флюса для защиты сварочной ванны от воздуха и др.

В дальнейшем в Швеции в 1907 г. Д. Кельберг предложил при­менять толстое покрытие на электродах с целью защиты сварочной ванны и стабилизации дуги.

После революции, в середине двадцатых годов, в отдельных районах началось довольно интенсивное применение сварки с проведением исследований по технологии, металлургии, проч­ности и разработке сварочного оборудования. Эти работы прово­дились во Владивостоке (В. П. Вологдин, Н. Н. Рыкалин, Г. К. Та — тур, С. А. Данилов), в Москве (Г. А. Николаев, К. К. Хренов, К. В. Любавский), в Ленинграде (В. П. Никитин, А. А. Алексеев,

Н. О. Окерблом). Особую роль в развитии и становлении сварки в СССР сыграл академик Е. О. Патои, организовавший в 1929 г. лабораторию, а затем Институт электросварки АН УССР, в кото­ром в конце 30-х годов и позднее были разработаны, многие про­цессы механизированной сварки под флюсом, создан метод электро — шлаковой сварки и электрошлакового переплава металла и др. Этот институт, являющийся ныне в СССР головным институтом по сварке, координирует всю работу по развитию, широкому внед­рению и дальнейшему исследованию сварки в масштабе всей страны.

Такое внимание к сварке обусловлено универсальностью этого нового технологического процесса получения неразъемных соеди­нений, возможностью экономии до 20% металла, повышением прочности и непроницаемости соединений, возможностью создания уникальных конструкций, которые при других способах соедине­ния создать невозможно, и т. п.

Успехи в развитии сварочного производства стали возможны благодаря неослабному вниманию Партин и Правительства к раз­витию этой отрасли науки и техники. Развитие сварочной науки и техники в настоящее время планируется как самостоятельный раздел народнохозяйственного плана.

Технология и оборудование сварки плавлением

В учебнике описаны сущность и техника различных видов электрической сварки плавлением. Приведены сведения о сварочных материалах и оборудовании. Рассмотрены некоторые вопросы расчетного выбора и обеспечения технологических параметров процессов сварки плавлением. Даны сведения об основах выбора технологии сварки и наплавки различных сталей, чугуна и цветных металлов и сплавов.

Учебник предназначен для студентов вузов, обучающихся по специальности «Оборудование и технология сварочного производства».

Размер: 14,2 Мб
Формат: djvu
Скачать книгу с yadi.sk
Не работает ссылка? Напишите об этом в комментарии.

Оглавление:

Глава I. Типы сварных соединений и швов. Конструктивные элементы сварных соединений.
§ 1. Классификация сварных соединений и швов.
§ 2. Конструктивные элементы сварных соединений при дуговой и электрошлаковой сварке.
§ 3. Конструктивные элементы сварных соединений при плазменной, электронно-лучевой, лазерной сварке.

Глава II. Сущность и техника различных способов электрической сварки плавлением.
§ 1. Ручная дуговая сварка металлическими электродами с покрытием.
§ 2. Дуговая сварка угольным электродом без защиты.
§ 3. Дуговая сварка под флюсом.
§ 4. Дуговая сварка в защитных газах.
§ 5. Дуговая сварка порошковыми проволоками.
§ 6. Сварка и резка плазменной струей.
§ 7. Сварка электронно-лучевая и лазерная.
§ 8. Электрошлаковая сварка.
§ 9. Особые случаи применения сварочной дуги.

Глава III. Сварочные материалы.
§ 1. Назначение сварочных материалов.
§ 2. Сварочная проволока, электродные стержни и прутки, порошковая проволока, неплавящиеся электроды.
§ 3. Сварочные покрытые электроды для дуговой сварки и наплавки.
§ 4. Флюсы сварочные.
§ 5. Защитные газы.

Глава IV. Сварочное оборудование для ручной и механизированной сварки плавлением.
§ 1. Технологические требования к оборудованию для сварки плавлением.
§ 2. Источники питания сварочной дуги.
§ 3. Аппаратура для дуговой сварки.
§ 4. Аппаратура для электрошлаковой сварки.
§ 5. Установки для электронно-лучевой сварки.
§ 6. Аппаратура для сварки световым лучом.

Глава V. Методы расчетно-экенериментального определения параметров режима сварки.
§ 1. Задачи расчетно-экспериментальных методов определения параметров режима.
§ 2. Методические основы разработки экспериментально-расчетных методов.
§ 3. Расчет режимов и размеров шва при ручной дуговой сварке.
§ 4. Расчет размеров шва при механизированной дуговой сварке.
§ 5. Расчет режимов механизированной сварки соединений различных типов.
§ 6. Расчетная оценка ожидаемых механических свойств металла шва.

Глава VI. Технология сварки низкоуглеродистых и низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей.
§ 1. Состав и свойства.
§ 2. Образование шва и околошовной зоны.
§ 3. Основные сведения о свариваемости.
§ 4. Особенности технологии и техники сварки.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
Сварка под флюсом.
Сварка в защитных газах.
Сварка порошковой проволокой и проволокой сплошного сечения без дополнительной защиты.
Электрошлаковая сварка.

Глава VII. Технология сварки низко- и среднелегированных закаливающихся сталей.
§ 1. Основные сведения о свариваемости низколегированных сталей с повышенным содержанием углерода.
§ 2. Образование шва и околошовной зоны при сварке средне-легированных высокопрочных сталей.
§ 3. Выбор сварочных материалов.
§ 4. Особенности технологии и техники сварки.

Глава VIII. Технология сварки высокохромистых мартенситных, мартенсито-ферритных и ферритных сталей.
§ 1. Состав и свойства.
§ 2. Выбор видов сварки и сварочных материалов.
§ 3. Сварка мартенситных и мартенситно-ферритных высокохромистых сталей.
§ 4. Сварка высокохромистых ферритных сталей.

Глава IX. Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов.
§ 1. Состав и свойства.
§ 2. Основные сведения о свариваемости.
§ 3. Особенности технологии и техники сварки.

Глава X. Технология сварки разнородных сталей.
§ 1. Образование шва или околошовной зоны.
§ 2. Особенности технологии и техники сварки сталей одного структурного класса.
§ 3. Особенности технологии и техники сварки сталей разного структурного класса.

Глава XI. Технология сварки чугуна.
§ 1. Состав и свойства.
§ 2. Основные сведения о свариваемости и технологические рекомендации.
Горячая сварка чугуна.
Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими в металле шва получение серого чугуна.
Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали.
Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в металле шва цветных и специальных сплавов.

Глава XII. Технология сварки цветных металлов и сплавов на их основе.
§ 1. Состав и свойства.
§ 2. Особенности технологии и техники сварки.
Медь и ее сплавы.
Магний, алюминий и их сплавы.
Никель и его сплавы.
Титан и его сплавы.
Тугоплавкие и химически активные металлы.

Глава XIII. Технология сварки разнородных металлов и сплавов и металлов с неметаллами.
§ 1. Основные сведения о свариваемости.
§ 2. Особенности технологии и техники сварки.
Сталь с алюминием, медью, титаном и их сплавами
Разнородные цветные металлы и сплавы.
Металлы с неметаллами.

Глава XIV. Техника и технология наплавки слоев с особыми свойствами.
§ 1. Формирование свойств наплавленного металла.
§ 2. Методы легирования.
§ 3. Особенности технологии и техники наплавки.
§ 4. Сущность и техника особых способов наплавки.

Глава XV. Техника безопасности при производстве сварочных работ.
§ 1. Общие положения и нормативные материалы по технике безопасности при сварке плавлением.
§ 2. Общая характеристика основных требований по технике безопасности при различных методах сварки плавлением.

Технология и оборудование сварки плавлением

Разработка технологии сборки и сварки заданной конструкции, составление технологической карты на её изготовление, подбор режима сварки, сварочных материалов и оборудования. Характеристика требований для выбора определённого способа и технологии сварки.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Нижегородский государственный технический университет

имени Р. Е. Алексеева

Кафедра «Машиностроительные технологические комплексы»

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Технология и оборудование сварки плавлением»

Руководитель

Жилин П.Л.

Студент

Безаев С.С.

Группа 09- СП

Содержание

Введение………………………………………………. ……….………………..3

Описание конструкции…………………………………………………. 4

Общая характеристика основного металла………………………. 4

Оценка свариваемости основного металла……………………………. 7

Заготовительные операции. …………………………………. 8

Выбор способа сварки…………………………. ………………………. 9

Выбор сварочных материалов…. …………………………. 13

Расчет режимов сварки…. …………………………………. 15

Выбор источника питания ….…. …………………………. 18

Выбор сварочного оборудования..………………………..……………. 20

Экология и техника безопасности……………………………. 22

Выводы……………………………………………………. 24

Список использованной литературы………………………. 25

Приложение: чертеж изделия, карта технологического процесса……………26

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка технологии сборки и сварки заданной конструкции, составление технологической карты на изготовление ее, научиться правильно подбирать режимы сварки, сварочные материалы и оборудование.

Сварка плавлением — один из способов неразъемного соединения. Сварная конструкция по технико-экономическим показателям имеет многие преимущества по сравнению с клепаной. При изготовлении сварных изделий методом плавления достигается экономия металла, более полное использование рабочих сечений элементов конструкции без участия вспомогательных накладок, значительное снижение трудоемкости изготовления изделия по сравнению с клепкой. В сварных конструкциях меньше операций механообработки и они менее трудоемки, процесс сборочно-сварочных операций более производителен.

Особое значение приобретает сварка плавлением при изготовлении герметичных и высокопрочных конструкций из теплоустойчивых жаропрочных сталей. Теплоустойчивыми называют стали, длительно работающие при температуре до 600°С. К ним относятся перлитные низколегированные хромомолибденовые стали 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ, работающие при температуре 450. 550°С и хромомолибденованадиевые стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20МФЛ, работающие при температуре 550. 600°С в течение 100 000 ч (10 лет). Они дешевы и технологичны, из них делают отливки, прокат, поковки для изготовления сварных конструкций: турбин, паропроводов, котлов и т.п.

В настоящее время применяют различные виды сварки плавлением: ацетиленокислородная, дуговая сварка в среде инертных газов, плазменная, электронно-лучевая и лазерная сварка.

1. Описание конструкции

Рисунок 1. Общий вид изделия

Данная сварная конструкция изготавливается из листового металла. Основной материал — 12ХМ. Конструкция состоит из двух обечаек соединенных коническим переходом. На рисунке 1 представлен эскиз изделия. Удобное расположение сварных швов дает возможность использования при операциях сборки и сварки различных приспособлений.

2. Общая характеристика основного металла

Для изготовления данной металлоконструкции применяется жаропрочная низколегированная сталь 12ХМ обыкновенного качества по ГОСТ 5520-79.Её характеристики представлены в таблицах 1,2,3.

Таблица 1 — Механические характеристики стали 12ХМ

Термическая обработка заготовок

Таблица 2 — Химический состав стали 12ХМ

Для определения физических свойств стали применяются теплофизические коэффициенты: объемная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность.

Для расчета тепловых процессов при сварке сталей необходимо знание осредненных (при температурах 500-600 0 С) значений теплофизических коэффициентов

Таблица 3 — Теплофизические коэффициенты стали 12ХМ

Коэффициент линейного расширения

Назначение — сортовые заготовки, поковки, котельные трубы для длительной службы при температурах до 500 град.

Общие технические условия (ТУ)

Конструкция должна обеспечить безопасность (выдерживать предельно- допустимые нагрузки в течении расчетного срока службы), обеспечить долговечность и надежность, предусматривать возможность технического освидетельствования, ремонта и контроля металла и соединений.

• Сборку и сварку выполнить с соблюдением размеров и допусков, указанных на чертежах.

• Соединение элементов в процессе сборки под сварку осуществляется на прихватках.

• Прихватки должны выполняться без подрезов, прожогов и открытых кратеров; длина прихваток — 30 мм, для кольцевых швов — 3 прихватки по периметру стыка , для прямолинейных швов — 2 прихватки.

• Все кромки под сварку и прилегающие к ним участки на расстоянии 20 мм должны быть зачищены до чистого металла.

• Аргон первого сорта ГОСТ 10157-73.

• 100% сварных швов просветить рентгеном. В сварном шве не допускаются:

— трещины на поверхности основного металла;

— непровары, расположенные в сечении сварного соединения;

— поры, шлаковые включения, выходящие за пределы норм установленные классом дефектности 5 по ГОСТ 23055-78.

• При наличии допустимых дефектов конструкция отправляется на ручную подварку.

• Максимальная протяженность подварок не должна превышать 20% протяженности всех сварных швов.

Технологичность — это технологическая характеристика конструкции. Это конструкция, которую можно изготовить с минимальными затратами труда, основных и вспомогательных материалов. Различают 2 вида технологичности:

Конструкция технологична, т.к. имеет очень простую конструкцию, что обеспечивает сборку и сварку с применением приспособлений, автоматической и п/а сварки. Конфигурация деталей достаточна проста. Все детали имеют одинаковую толщину. Материал всех деталей — 12ХМ. Наличие хорошего доступа к местам сварки.

3. Оценка свариваемости основного металла

Основными требованиями, которые предъявляются к свойствам сварных соединений, являются обеспечение их равнопрочности с основным металлом и отсутствие дефектов в металле шва и в зоне термического влияния.

Обязательным критерием при оценке свариваемости является стойкость сварного соединения против образования трещин. Этот показатель свариваемости материала, который устанавливается по фактору отсутствия трещин и оценивается качественно или количественно подкритической величиной одного из факторов трещинообразования.

Общей сложностью сварки является предупреждение образования в шве и околошовной зоне кристаллизационных горячих трещин. Основное требование, которое в этом случае предъявляется к сварным соединениям, — стойкость к различным видам коррозии. Межкристаллитная коррозия может развиваться в металле шва и основном металле у линии сплавления (ножевая коррозия) или на некотором удалении от шва.

Межкристаллитная коррозия в металле шва возникает в результате выделения под действием термического цикла сварки из аустенита карбидов хрома, приводящее к местному обеднению границ зерен хромом. Основная причина этого — повышенное содержание в металле шва углерода и отсутствие или недостаточное содержание титана или ниобия. Неблагоприятный термический цикл сварки — длительное пребывание металла шва в интервале критических температур приводит к появлению склонности к межкристаллитной коррозии шва. Шов мажет потерять стойкость против межкристаллитной коррозии в результате воздействия критических температур при эксплуатации изделия.

Предупреждение склонности стали и швов к межкристаллитной коррозии достигается: снижением содержания углерода до пределов его растворимости в аустените (до 0,02-0,03%), легированием более энергичными, чем хром, карбидообразующими элементами (стабилизация титаном, ниобием, танталом, ванадием и др.); аустенитизацией (закалкой) с температурой 1050-1100°С, однако при повторном нагреве в интервале критических температур (500-800°С) сталь повторно приобретает склонность к межкристаллитной коррозии; стабилизирующим отжигом при температуре 950-900°С в течение 2-4 ч; созданием аустенитноферритной структуры с содержанием феррита до 20-25% путем дополнительного легирования хромом, кремнием, молибденом, алюминием и др. Однако такое высокое содержание в структуре феррита может понизить стойкость металла к общей коррозии [3].

4. Заготовительные операции

Перед процессом сборки и сварки любого сварного изделия необходимо провести ряд мероприятий по подготовке узлов и деталей к сварке. К таким мероприятиям относятся: правка, очистка, разметка, обработка кромок и подготовка поверхности под сварку.

Для производства данной конструкции необходимы следующие заготовительные операции:

— правка металла. Так как возможны механические повреждения металла при хранении и транспортировке;

— очистка поверхности металла от грязи, пыли, масел. Так как наличие загрязнения на поверхности вызывает образование дефектов, что сильно снижает качество сварки;

— подготовка кромок. Все соединения без разделки кромок.

5. Выбор способа сварки

Технологию сварки выбираем исходя из следующих требований:

1. Равнопрочность с основным металлом;

2. Отсутствие трещин, непроваров, пор, подрезов, шлаковых включений;

3. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние;

4. Изменение форм и размеров (деформации), должны находится в разумных пределах, не отражающихся на работоспособности конструкции;

5. В некоторых случаях вводятся дополнительные требования:

• Устойчивость при вибро- и ударных нагрузках;

• Стойкость при повышенных и пониженных температурах;

6. Основное требование к сварному изделию — надежность в эксплуатации на ответственном производстве;

Рассмотрим два способа сварки этой стали:

1. Ручная дуговая сварка металлическими электродами с покрытием;

2. Дуговая сварка в среде защитных газов.

1) Ручная дуговая сварка металлическими электродами с покрытием в настоящее время остается одним из распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Это объясняется простотой и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполнения сварки в различных пространственных положениях и в местах, труднодоступных для механизированных способов сварки. Существенный недостаток ручной дуговой сварки металлическими электродами с покрытием — малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика [1].

При сварке высоколегированных сталей сварочные проволоки одной по ГОСТу марки имеют достаточно широкий допуск по химическому составу. Различие типов сварных соединений, пространственного положения сварки и т.п. способствует изменению глубины проплавления основного металла, а также изменению химического состава металла шва. Все это заставляет корректировать состав покрытия с целью обеспечения необходимого содержания феррита и предупреждения, таким образом, образования в шве горячих трещин. Этим же достигается необходимая жаропрочность и коррозионная стойкость швов.

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что достоинства ручной дуговой сварки:

1. Простота и мобильность способа сварки;

2. Наличие широкой номенклатуры электродов;

3. Низкая стоимость сварки.

1. Невысокая производительность сварки, 2 ( при сварке в чистой двуокиси углерода а = 110 — 130 А/мм 2 ); d_э— диаметр электродной проволоки, мм.

Таблица 5 — Соотношение напряжения на дуге и расхода защитного газа от силы сварочного тока

Сварка плавлением

Не всегда удаётся целиком изготовить разнообразные железные конструкции. В каких-то случаях нет целесообразности их изготовления из одной заготовки ввиду большого количества нежелательных отходов, в других случаях габариты деталей не позволят провести нормальную механическую обработку. Поэтому были изобретены разнообразные способы соединения заготовок между собой. Это всевозможные резьбовые соединения, склеивание деталей, пайка, а также, известная всем, сварка. Она применима не только к деталям и заготовкам, изготовленным из разнообразных металлов и их сплавов, но и вообще к любым материалам, которые можно расплавить. Различают несколько видов сварки: та, где требуется только нагрев для плавления материала, где требуется только давление и комбинированные. Ниже будет рассмотрен вариант сварки методом плавления.

Сварка плавлением

Процесс сварки – это метод соединения двух и более металлических деталей путём термического плавления кромок соединяемых заготовок. Будучи в расплавленном состоянии, металл, из которого состоят заготовки, смешивается и на этом месте образуется прочное неразъемное соединение. После остывания, на месте расплавленного металла образуется так называемый сварочный шов. Этот процесс чем-то сходный с литьём, но в ограниченных размерах. Нынче сварка нашла широкое применение для соединения двух и более заготовок как в промышленных масштабах, так и при кустарном производстве металлических изделий. Также её используют в процессе ремонта разнообразных узлов, так как она позволяет провести наплавление металла там, где он сточился.

В зависимости от того, какой способ нагрева материала заготовки до точки плавления выбран, разделяют несколько видов сварки, о которых поговорим ниже.

Классификация видов сварки плавлением

В зависимости от источника термической энергии, который способен нагреть кромки деталей до температуры плавления, сварка плавлением делится на электрическую, газовую и другие виды сварки. Электрическую опять же можно разделить на электродуговую и индукционную. Рассмотрим наиболее применяемые как в быту, так и промышленности виды. Наибольшее применение получила электродуговая и газовая виды сварок. В случае электродуговой, плавление металла происходит за счёт высокой температуры электрической дуги (около 5000 градусов), которая возникает между заготовкой и электродом. При использовании газовой сварки, источником тепла, способным довести сталь до точки плавления, является горящий газ или смесь газов (например, пропан и кислород с температурой горения до 2050 градусов). Присадочным материалом для шва в таком виде сваривания чаще всего применяется либо отдельная специальная присадка, либо его роль играет металл из тела заготовки.

И также, в зависимости от типа применяемого электрода, можно выделить следующие виды сварки:

• С применением плавящегося электрода. Шов образуется в процессе плавления электрода, покрытого специальной обмазкой. Его подбирают индивидуально, в зависимости от видов соединяемых сталей. Не применяется при соединении тонких листовых металлов из-за чрезмерного их перегрева, частых прожогов.
• С применением неплавящегося электрода. Он изготовлен из тугоплавкого металла, чаще всего вольфрамовый сплав и предназначен только для розжига и поддержания дуги. Сварку зачастую производят в среде защитного инертного газа, который изолирует шов от содержащегося в окружающем воздухе азота. Наиболее часто применим в случае листовых изделий.

Другие виды сварки стали плавлением, такие как индукционная, лазерная, плазменная и др., пока ещё не нашли широкого применения ввиду дороговизны оборудования, поэтому рассматриваться не будут.

Принцип сваривания

Как говорилось выше, принцип сваривания плавлением основан на процессе смешивания расплавленного металла в зоне сваривания, с образованием прочного, неразборного соединения. Источник тепловой энергии, имеющий довольно большую мощность, концентрирует тепловую энергию на малой площади сварочной ванны. Именно в этой ванне и находится доведённый до точки плавления сплав, который туда подаётся либо с использованием электрода, либо со специальной проволокой (в случае сваривания несгораемым электродом). Перемещая источник тепловой энергии вдоль кромки соединяемых деталей, перемещают и сварочную ванну, постепенно добавляя в неё присадочный материал. После остывания, материал ванны кристаллизуется, что приводит к образованию прочного сварного шва.

Процесс розжига высокотемпературной дуги состоит из трёх последовательных действий. Сначала электродом касаются заготовки, в результате чего получается короткое замыкание, вызывающее нагрев его кончика. Далее, кончик отводят на небольшое расстояние от детали, это расстояние подбирается опытным путём. Оно должно быть таким, при котором дуга наиболее устойчива. Разогрев электрода необходим для устойчивой экзоэмиссии электронов, которая также гарантирует устойчивую электрическую дугу.

Принцип сварки плавлением

При плавлении электрода происходит перенос присадочного материала в сварную ванну, и детали соединяются. На некоторых сварочных аппаратах, предназначенных для сварки несгораемым электродом, поджиг дуги является бесконтактным. Он выполняется специальным устройством, называемым осциллятором.

Специфические черты

Спецификой процесса сваривания металлов является то, что в результате образуется единая целая деталь, даже если в процессе применялись различные разнородные металлы. Для такого типа соединения требуется только нагрев, который способен вызвать плавление материала из которого состоят соединяемые детали. Исходя из того, какие металлы (или их сплавы) соединяются, необходимо правильно выбрать присадочную проволоку или электрод.

Разновидности применяемых электродов

Качественный шов можно получить только при правильном подборе присадочного материала, поэтому на их разновидностях стоит заострить внимание. Сварочный электрод представляет собой стальной пруток, покрытый специальной обмазкой, которая плавится в процессе сварки и защищает шов от воздействия азота из воздуха. В случае сварки несгораемым электродом или газовой, обмазка не требуется, шов защищает инертный газ или пламя из горелки. Поэтому, в принципе, электрод, проволока и другой присадочный материал практически одно и то же.

Присадочный материал, из которого полностью состоит проволока, играет первостепенную роль в прочности шва. В процессе нагрева и плавления из сплавов выгорают легирующие элементы, ухудшая при этом качество соединения. Для того чтобы этого избежать, выбираются прутки из стали, которые по степени легирования равны соединяемым маркам или даже выше их. В случае если марки сплавов разные, степень легирования оценивается по максимально легированному сплаву. Избыток легирующих элементов компенсирует их выгорание.

Если марки сталей неизвестны, а также отсутствует возможность их определить, то используется специальный переходной (его ещё называют буферным) электрод или специальная присадочная проволока. Он позволяет сварить даже разнородные стали, например, такие, как нержавейка и простая чёрная низколегированная сталь, играя роль переходного материала.

Требования к сварочным швам

Требования, которые могут предъявляться к сварочным швам, по большей мере зависят от конечного назначения готовой конструкции. Тем не менее можно выделить несколько общих требований, которым должны удовлетворять соединения такого типа. Твёрдость и предел прочности сварного соединения должны иметь такие же показатели (или близкие), как и показатели основного металла. Испытания проводят на специальном оборудовании с образцом готового изделия.

Визуально контроль качества шва проверяют следующим образом. После завершения сварочных работ, производится очистка швов от шлака и окислов, также убираются все вспомогательные приспособления. Шов должен быть однородным, мелкочешуйчатым и иметь равномерную ширину. Наплывы, прожоги, сужения или перерывы должны отсутствовать. Металл, который наплавлен должен быть однородным, не иметь пор или поверхностных трещин.