сварка. 2016 Сварка. Сварка процесс получения неразъёмного соединения в результате возникновения межатомных связей между соединяемыми деталями
 Скачать 0.77 Mb.
|
Сварочное производствоСварка – процесс получения неразъёмного соединения в результате возникновения межатомных связей между соединяемыми деталями.Создание этих связей между атомами на поверхности соединяемых деталей требует затрат энергии, которую можно внести в зону сварки двумя путями: нагревом или пластической деформацией. Поэтому различают две группы методов сварки: сварку плавлением и сварку давлением.СВАРКАСварка трением Способы сварки Сварка плавлением – Газовая сварка – Холодная сварка – Электродуговая сварка – Сварка трением Сварка давлением – Плазменная сварка – Ультразвуковая сварка Плазменная сварка
СВАРКАЭлектродуговая сварка Сварочная дуга – это мощный стабильный электрический разряд между электродами, находящимися в среде ионизированных газов и паров. Это наиболее широко применяемый сегодня способ. В 1893 г. на Всемирной выставке в США русский учёный Славянов продемонстрировал получение сваркой с помощью электрической дуги 12-тигранной призмы. Все грани её были пластинками из разных металлов и сплавов, от никеля до чугуна. Тогда это казалось чудом. Сегодня же работа сварщика в маске, с электродом в руке – это самая привычная картина на любой стройке, при ремонте различных коммуникаций. СВАРКАЭлектродуговая сварка Сварочная дуга – это мощный стабильный электрический разряд между электродами, находящимися в среде ионизированных газов и паров. Обычно используют дугу прямого действия, которая горит между электродом и изделием. Схема сварочной дуги постоянного тока: 1 – электрод; 2 – свариваемое изделие; 3 – ванна жидкого металла; 4 – столб дуги Нагрев идёт за счёт бомбардировки поверхности металла электрически заряженными частицами. Косвенная дуга горит между двумя электродами, и нагрев металла осуществляется за счёт излучения дуги. СВАРКА:Диаметр электрода d выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла: где s – толщина металла, мм.Ручная электродуговая сварка (принципиальная схема): 1 – питание от сети переменного тока; 2 – нейтральный провод; 3 – провод под напряжением; 4 – выключатель с плавкими предохранителями; 5 – кабели первичной цепи; 6 – регулятор силы тока; 7 – сварочный трансформатор; 8 – сварочный кабель; 9 – электрододержатель; 10 – электрод; 11 – заготовка; 12 – стол (верстак); 13 – обратный кабель; 14 и 15 – заземление Электродуговая сварка СВАРКА:Ручная электродуговая сварка (Оборудование для РДС):
а) Источником питания дуги переменным током является сварочный трансформатор, постоянным – сварочные выпрямители и генераторы. Современные инверторные источники тока для сварки –– позволяют получать на выходе как постоянный, так и переменный ток и широкий спектр вольт-амперных характеристик. В полевых условиях применяют сварочные агрегаты: генераторы с приводом от двигателя внутреннего сгорания. б) Провода (кабели) имеют большее сечение на низкой стороне трансформатора, меньшее – на высокой. Длина кабелей не должна превышать 30-50 м, так как при значительной длине увеличивается потеря напряжения в проводах. Электродуговая сварка СВАРКА:Ручная электродуговая сварка (Оборудование для РДС):
в) Электрододержатель – это рукоятка из изолирующего материала с тремя металлическими стержнями (вилкой) на одном конце, между которыми зажимается зачищенный конец электрода. Кабель проходит внутри рукоятки и подсоединяется к стержням. г) Сварочный электрод представляет собой стержень из проволоки, покрытый слоем смеси порошков со связующим веществом. Электродуговая сварка СВАРКА:Ручная электродуговая сварка (электроды): Длина электродов 250-450 мм. Стандартные диаметры от 2 до 6 мм, но выпускают и больших или меньших диаметров для некоторых видов работ. Материал электрода формирует шов, поэтому химический состав электродной проволоки должен соответствовать составу свариваемого изделия. Марки электродной проволоки обозначают: Св-08 или Св 30ХГСА, где буквы «Св» говорят о назначении проволоки – сварочная, 08 или 30 – содержание углерода в сотых долях процента, буквы Х, Г, С обозначают легирующие элементы (хром, марганец, кремний), буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей классифицируют по механическим характеристикам металла шва, которые они обеспечивают. Тип электрода обозначается как Э38 … Э150, где цифры – гарантируемый предел прочности шва в кг/мм2. При ручной дуговой сварке за один проход возможна глубина проплавления не более 8 мм. Электродуговая сварка СВАРКА:Ручная электродуговая сварка (электроды): Марка электрода – это условное наименование, данное разработчиком, оно не содержит информации о характеристиках металла шва. Примеры марок: ЦМ-7, ОММ-5, АНО-8, УОНИ 13/45, МР-3, ОЗС-4, ВСЦ-4. Нужно отметить, что при ручной дуговой сварке расход электродов на угар, разбрызгивание, огарки (остаток электрода в держателе) довольно велик и может составлять до 25 % массы электродов. . Электродуговая сварка Схема процесса сварки покрытым электродом изображена на рисунке. 1 – свариваемый металл, 2 – стержень электрода, 3 – покрытие электрода, 4 – дуга, 5 – капли расплавленного металла электрода, 6 – сварочная ванна; 7 – капли плавящегося покрытия, 8 – слой жидкого шлака, образовавшегося из веществ покрытия, 9 – газовая защитная атмосфера (тоже из покрытия), 10 – сварной шов, 11 – шлаковая корка, которая впоследствии счищается СВАРКААвтоматическая дуговая сварка под флюсом (АДСФ): 1 – скользящий контакт; 2 – механизм подачи; 3 – сварочная проволока; 4 – жидкий шлак; 5 –слой флюса; 6 – шлаковая корка; 7 – сварной шов; 8 – основной металл; 9 – ванна жидкого металла; 10 – дуга Преимущества способа: – самый производительный способ сварки; – высокое качество шва; – низкая себестоимость 1 м шва; – можно сваривать металл толщиной до 20 мм за один проход без разделки кромок. Применение: в серийном и массовом производстве – при изготовлении котлов, резервуаров, корпусов судов, мостовых балок, сварных труб с прямым и спиральным швом, колёс. Электродуговая сварка СВАРКААвтоматическая дуговая сварка в защитном газе : 1 – кассета с проволокой, 2 – механизм подачи, 3 – проволока, 4 – токоподводящий мундштук, 5 – корпус горелки, 6 – сопло, 7 – атмосфера защитного газа, 8 – дуга, 9 – ванна жидкого металла, 10 – свариваемый металл, 11 – шов. Углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха. Он хорошо защищает место сварки, шов при этом виден. Сварка ведётся на обратной полярности: электрод подключён к положительному полюсу источника, изделие – к отрицательному. Сварка в атмосфере аргона (в 1,4 раза тяжелее воздуха) выполняется по такой же схеме, но вместо сварочной проволоки используется неплавящийся вольфрамовый электрод, а проволока в зону сварки подаётся отдельно. Полярность прямая. Преимущества способа: Хорошая защита шва. Сварка возможна во всех пространственных положениях. Производительность выше, чем при ручной сварке. Шов виден, можно визуально контролировать процесс. Сварка в аргоне совсем не даёт шлака, при сварке в углекислом газе его немного. Сварка в атмосфере CO2 имеет низкую стоимость. Применение: в углекислом газе сваривают конструкции из углеродистой и низколегированной стали (газо- и нефтепроводы, корпуса судов). В аргоне ведётся сварка легированных сталей, алюминиевых, медных, магниевых сплавов, тугоплавких металлов. Электродуговая сварка СВАРКАГазовая сварка Газовая сварка Схема газовой сварки: Основной 1 и присадочный 2 материал расплавляют высокотемпературным газовым пламенем 4. Горючий газ (ацетилен C2H2, пропан C3H8 и т.п.) сгорает в кислороде при выходе из сварочной горелки 3. СВАРКАПреимущества: не нужно электричество. Сварка может производиться в полевых условиях, вдали от линий электропередач. При газовой сварке нагрев плавный, что позволяет сваривать металл малой толщины (0,2-0,3 мм), легкоплавкие металлы и сплавы. Постепенный, мягкий нагрев нужен при сварке чугунов и латуни. Применение: при проведении ремонтных работ, для устранения дефектов отливок. Ацетилено-кислородное пламя применяют также для подогрева металла в процессе газокислородной резки. Газовая сварка Самая высокая температура в сварочной зоне: до 3200 °C. Именно эта часть пламени плавит металл. Ярко светящееся ядро имеет температуру 300 °C, а факел – около 1000 °C, он предварительно подогревает заготовки. Другие горючие газы дают пламя с меньшей температурой. Обычно соотношение между кислородом и ацетиленом составляет O2 : С2H2 = 1,1. Это нормальное пламя. Если кислорода больше, то пламя становится окислительным; так сваривают только латуни. Когда ацетилена больше, пламя науглероживающее. Оно используется при сварке высокоуглеродистых сталей, чугунов, твёрдых сплавов. Строение кислородно-ацетиленового пламени (рисунок): 1 – ядро, 2 – сварочная зона, 3 – факел.
СВАРКАСтыковая электроконтактная сварка: 1 – токоподводящие зажимы; 2 – заготовки; 3 – неподвижная плита; 4 – подвижная плита; 5 –направляющая; 6 – сварочный трансформатор; 7 – гибкие шины Электроконтактная сварка Электроконтактная сварка осуществляется за счёт нагрева места соединения при протекании через него электрического тока и осадки (сдавливания) разогретых заготовок. Между кромками, разогретыми до пластического состояния или до оплавления, в процессе деформации и охлаждения возникают межатомные связи. Образуется прочное соединение. СВАРКАСтыковая электроконтактная сварка: 1 – токоподводящие зажимы; 2 – заготовки; 3 – неподвижная плита; 4 – подвижная плита; 5 –направляющая; 6 – сварочный трансформатор; 7 – гибкие шины Преимущества: Не нужна подготовка поверхностей; можно сваривать детали сложной формы и с разной формой сечения, а также разнородные металлы. Применение: сварка колец, колёс, концевого инструмента (свёрла, фрезы, метчики), штоков, рельсов, арматуры, труб. Электроконтактная сварка Стыковая сварка оплавлением СВАРКАСтыковая электроконтактная сварка: 1 – токоподводящие зажимы; 2 – заготовки; 3 – неподвижная плита; 4 – подвижная плита; 5 –направляющая; 6 – сварочный трансформатор; 7 – гибкие шины Электроконтактная сварка 1) Сварка сопротивлением. Заготовки сдавливаются, затем включается ток, заготовки разогреваются в месте стыка до пластического состояния, и производится осадка. В месте стыка возникает утолщение. 2) Сварка оплавлением. Вначале включают ток, затем начинают сближать заготовки. Первыми соприкасаются выступы соединяемых поверхностей и оплавляются за счёт большой плотности тока. Заготовки продолжают сближаться, оплавляясь уже по всей поверхности, затем включается механизм осадки. Расплавленный металл вместе с оксидами и другими загрязнениями выдавливается из стыка, образуя неровный валик – грат, который потом удаляется на токарном станке СВАРКАТочечная электроконтактная сварка: 1 – электроды, 2 – заготовки, 3 – сварная точка, 4 – трансформатор. Электроконтактная сварка Листовые заготовки соединяются в отдельных точках. Листы собирают внахлёстку, зажимают между медными электродами и включают ток. Заготовки в месте контакта нагреваются до расплавления. Ток выключают, а давление увеличивают. Кристаллизация сварной точки идёт под давлением. Применение: для изготовления штампосварных конструкций из металла толщиной 0,5-6 мм. Можно сваривать конструкционные стали, алюминий, медь и их сплавы. СВАРКАШовная электроконтактная сварка: 1 – электроды (медные ролики), 2 – заготовки, 3 – сварная точка, 4 – трансформатор. Электроконтактная сварка Шовная (роликовая) сварка Собранные внахлёстку листы зажимают между медными роликами-электродами и включают ток. Ролики вращаются, поэтому сварные точки перекрываются, образуя герметичный шов. Применение: для изготовления различных сосудов и труб, для воды и других жидкостей и газов. Толщина листов – 0,3-3 мм. Высокопроизводительный способ: скорость сварки составляет до 10 м/мин. СВАРКАCварка трением: 1 – неподвижная заготовка, 2 – вращающаяся заготовка, 3 – зажимное устройство, 4 – грат. Cварка трением В этом способе тоже применяется и нагрев, и давление. Заготовки разогреваются при трении друг о друга, а затем производится осевое сжатие, и заготовки соединяются. Преимущества: высокое качество соединения. Можно сваривать разнородные металлы. Расход электроэнергии меньше, чем при стыковой контактной сварке (в 5-10 раз). Применение: для получения заготовок свёрл, метчиков и другого режущего инструмента, для сварки валов, пуансонов, поршней со штоками, осей, труб. СВАРКАХолодная сварка: При сжатии заготовок 3 усилием P выступы 2 пуансонов вдавливаются в металл, пока пуан-соны 1 не упрутся в поверхность заготовок. Холодная сварка Это – механическая сварка в чистом виде, выполняется без нагрева даже при пониженных температурах. Свариваемые поверхности сближаются до образования межатомных связей за счёт значительной пластической деформации. Жировые и оксидные плёнки удаляют заранее. Выступы внедряются в металл на 70-80 % его толщины. Форма сварной точки соответствует форме выступа формы сварных точек СВАРКАХолодная сварка: При сжатии заготовок 3 усилием P выступы 2 пуансонов вдавливаются в металл, пока пуан-соны 1 не упрутся в поверхность заготовок. Холодная сварка В зоне сварки происходит значительная пластическая деформация металла, плёнки оксидов и загрязнения выжимаются на периферию, а между чистыми поверхностями заготовок возникают межатомные связи. Образуется сварное соединение. Применение: для соединения заготовок из мягких, пластичных металлов – алюминия, меди, никеля, свинца, олова, цинка. Так сваривают корпуса приборов, провода, шины, алюминиевые оболочки кабелей. СВАРКАДефекты и контроль качества сварных соединений Все возникающие при сварке дефекты можно разделить на внешние, видимые и внутренние – невидимые, поэтому особенно опасные. К внешним дефектам, обнаруживаемым при осмотре, относятся нарушения геометрии шва: неравномерное сечение шва, несоответствие размеров шва заданным. Кроме того, внешними дефектами являются подрезы, наплывы, трещины. При стыковой контактной сварке возможно смещение осей заготовок; при точечной и шовной – выплески металла и вмятины. Внутренние дефекты можно обнаружить только специальными методами неразрушающего контроля. Это непровары, шлаковые включения, поры. Возможно появление внутренних трещин, перегрев – рост зерна сверх допустимого. СВАРКАДефекты и контроль качества сварных соединений СВАРКАДефекты и контроль качества сварных соединений Методы контроля качества сварки 1) Внешний осмотр и измерения швов. 2) Металлографический анализ (позволяет определить провар и наличие внутренних дефектов, но это разрушающий метод контроля). 3) Химический анализ (позволяет установить, соответствует ли наплавленный металл сертификату электрода). 4) Механическими испытаниями определяется твердость и прочность сварного соединения. 5) Просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами – неразрушающий метод, все внутренние дефекты видны на плёнке. 6) Ультразвуковой метод позволяет обнаружить дефект по отклонению луча на экране осциллографа; возможно получение изображения дефекта. 7) Магнитные методы фиксируют дефекты за счёт рассеяния магнитного потока. 8) Сварные швы сосудов испытывают на плотность с помощью керосина или сжатого воздуха. СВАРКАСхема капиллярной пайки: а – перед пайкой; б – после пайки Пайка Пайкой называют соединение металлов и сплавов в твёрдом состоянии с помощью припоя – сплава с температурой плавления ниже, чем у соединяемых металлов. Припой должен смачивать и растворять металл соединяемых деталей или образовывать с ним химические соединения. Важнейшую роль в процессе пайки играют капиллярные явления: они обеспечивают проникновение жидкого припоя в зазор между соединяемыми деталями СВАРКАСхема капиллярной пайки: а – перед пайкой; б – после пайки Пайка Для растворения и удаления оксидов с поверхности деталей, а так же для улучшения смачиваемости металла припоем применяют флюсы. Это канифоль, соляная кислота, хлористый цинк, бура, борная кислота, нашатырный спирт. Припои делятся на мягкие, с низкой температурой плавления – оловянно-свинцовые (марки ПОС) и твёрдые, с высокой температурой плавления – сплавы меди с цинком, никелем, серебром. Преимущества: пайки по сравнению со сваркой: пайка экономичнее, она не изменяет химический состав и механические свойства металла, паяные конструкции деформируются меньше, чем сварные. Недостатки: прочность паяного соединения меньше прочности основного металла. Поверхности для пайки должны быть хорошо подготовлены: зачищены, обезжирены. Зазор между соединяемыми деталями должен быть минимальным: сотые доли мм. |