5.3. Выбор и обоснование метода сварки.

Сварка — процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов, а также в медицине.

Для производства сварки используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только на промышленных предприятиях, но и на открытом воздухе, под водой и даже в космосе.

В промышленности наиболее широко используются следующие способы сварки.

Ручная электродуговая сварка – источником теплоты является электрическая дуга, возникающая между торцом электрода и свариваемым изделием. Для сварки используют электрод с нанесённым на его поверхность покрытием (обмазкой).

Достоинства ручной дуговой сварки:

• Простота оборудования

• Возможность сварки во всех пространственных положениях

• Возможность сварки в труднодоступных местах

• Быстрый, по времени переход от одного вида материала к другому

• Большая номенклатура свариваемых металлов

Недостатки ручной дуговой сварки:

• Большие материальные и временные затраты на подготовку сварщика

• Качество сварного соединения и его свойства во многом определяются субъективным фактором

• Низкая производительность (пропорциональна сварочному току, увеличение сварочного тока приводит к разрушению электродного покрытия)

• Вредные и тяжёлые условия труда

Сварка под флюсом - под действием тепла дуги расплавляются электродная проволока и основной металл, а также часть флюса. Расплавленный флюс защищает дугу и расплавленный металл в зоне сварки от вредного воздействия окружающей среды.

Достоинства сварки под флюсом:

• Повышенная производительность

• Минимальные потери электродного металла (не более 2%)

• Отсутствие брызг

• Максимально надёжная защита зоны сварки

• Минимальная чувствительность к образованию оксидов

• Мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой стабильностью процесса горения дуги

• Не требуется защитных приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса

• Низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва

• Малые затраты на подготовку кадров

• Отсутствует влияния субъективного фактора

Недостатки сварки под флюсом:

• Трудозатраты с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов

• Трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия

• Неблагоприятное воздействие на оператора

• Нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования

Сварка в среде защитных газов – подразделяется на сварку плавящимся электродом и сварку неплавящимся электродом.

Сварка плавящимся электродом - при сварке плавящимся электродом в защитном газе в зону дуги, горящей между плавящимся электродом (сварочной проволокой) и изделием через сопло подаётся защитный газ, защищающий металл сварочной ванны.

Достоинства сварки плавящимся электродом в среде защитных газов:

• Повышенная производительность (по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами)

• Отсутствуют потери на огарки, устранены затраты времени на смену электродов

• Надёжная защита зоны сварки

• Минимальная чувствительность к образованию оксидов

• Отсутствие шлаковой корки

• Возможность сварки во всех пространственных положениях

Недостатки сварки плавящимся электродом в среде защитных газов:

• Большие потери электродного металла на угар и разбрызгивание (на угар элементов 5-7%, при разбрызгивании от 10 до 30%)

• Мощное излучение дуги

• Ограничение по сварочному току

• Сварка возможна только на постоянном токе.

Сварка неплавящимся электродом - при сварке неплавящимся электродом в защитном газе, в зону дуги, горящей между неплавящимся электродом и изделием через сопло подаётся защитный газ, защищающий неплавящийся электрод и расплавленный основной металл от воздействия активных газов атмосферы.

Достоинства сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов:

• Высокая устойчивость дуги независимо от рода (полярности) тока

• Возможно получение металла шва с долей участия основного металла от 0 до 100%

• Изменяя скорость подачи и угол наклона, профиль, марку присадочной проволоки можно регулировать химический состав металла шва и геометрические параметры сварного шва

Недостатки сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов:

• Низкая эффективность использования электрической энергии (коэффициент полезного действия от 0,40 до 0,55)

• Необходимость в устройствах, обеспечивающих начальное возбуждение дуги

• Высокая скорость охлаждения сварного соединения

Электрошлаковая сварка - расплавленные флюсы образуют шлаки, которые являются проводниками электрического тока. При этом в объеме расплавленного шлака при протекании сварочного тока выделяется теплота. Этот принцип и лежит в основе электрошлаковой сварки.

Достоинства электрошлаковой сварки:

• Возможность сварки за один проход металла практически любой толщины

• Высокая производительность и экономичность процесса, повышающиеся с ростом толщины свариваемого металла

Недостатки электрошлаковой сварки:

• Сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм

• Сварка экономически выгодна при сварке металла толщиной более 40 мм

• Способ позволяет сваривать только вертикальные швы

• При сварке некоторых металлов, структура требует последующей термообработки

Защитный газ – (контролируемая атмосфера, регулируемая газовая среда), газ, исключающий контакт защищаемых объектов с воздухом и обеспечивающий наилучшие условия для их получения, переработки, использования или хранения. В сварочном производстве используются активные и инертные газы.

Активные газы – активными защитными газами называют газы, способные защищать зону сварки от доступа воздуха и вместе с тем химически реагирующие со свариваемым металлом , физически растворяющиеся в нем. Наиболее часто в сварке используется углекислый газ .

Углекислый газ (двуокись углерода) бесцветен, не ядовит, тяжелее воздуха. Наиболее распространенный в сварочном производстве защитный газ, в первую очередь из-за своей, относительно не большой, стоимости.

Инертные, или благородные газы —бесцветны и не имеют запаха. Отличаются крайне низкой химической активностью (отсюда и название). Инертные газы не растворяются в металле сварочной ванны и не образуют химических соединений с элементами, входящими в его состав. Серьезным недостатком этого способа является высокая стоимость и дефицитность инертных газов. Из инертных газов наиболее широко распространены в промышленности – аргон и гелий, обеспечивающие высокую устойчивость дугового разряда.

Аргон – поставляется для сварки двух сортов: высшего – для сварки цветных металлов, первого для сварки сталей.

Гелий – поставляется для сварки двух сортов: высокой частоты, технический.

Сварочный электрод – стержень, предназначенный для подвода электрического тока к сварочной дуге. Для ручной дуговой сварки это стержень крупного сечения, различной длинны и диаметра (от 1,6 до 12мм). Для механизированной сварки в качестве электрода применяют различную сварочную проволоку сплошного сечения или порошковую проволоку.

Электроды подразделяются на плавящиеся - в процессе сварки расплавляются и добавляют свой металл в сварочную ванну (делятся на покрытые и непокрытые) и неплавящиеся- которые в процессе сварки испаряются и ничего не добавляют в сварочную ванну.

При выборе способа сварки учитывается:

• Обеспечение нужных свойств и качества шва

• Производительность метода

• Безопасность метода

Для сварки конструкции «компенсатор» я выбираю сварку неплавящимся электродом в среде аргона так как:

• Основной материал хромоникелевая сталь

• Большинство деталей имеют толщину 2 мм

Процесс аргонодуговой сварки

Рис.8. сварка неплавящимся электродом в среде защитных газов.