Тема 24. Термомеханический и механический классы сварки. Контроль качества сварных соединений и швов

Вопросы:

1. Электроконтактная сварка, ее виды и области применения.

2. Общие сведения об автоматической сварке под слоем флюса, в среде защитных газов, электрошлаковой сварке.

3. Сварка трением, холодная сварка, ультразвуковая, плазменная, лазерная сварка, сварка электронным лучем.

4. Контроль качества сварных соединений и швов.

1. Контактной называют сварку с применением давления, при которой нагрев проводится теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. В месте соприкосновения частей ток испытывает большое сопротивление, отчего выделяется значительное количество теплоты, нагревающего металл настолько, что он приходит в пластичное состоя­ние или оплавляется. При этом свариваемые части заготовок сильно прижимают одну к другой.

Контактная машина состоит из трёх частей: источника переменного тока, прерывателя тока и механизма давления. Первичную обмотку трансформатора подключают к сети напряжением 220...380 В. Вторичное напряжение 1...12 В. Сила вто­ричного тока составляет 100...100 000 А.

Рис. 34. Контактная сварка:

а – стыковая; б – точечная; в – шовная; 1 и 2 – свариваемые детали; 3 – медные электроды; 4 – сварной шов; 5 – сварочный трансформатор

При стыковой контактной сварке (рис. 34, а) соеди­нение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов (трубы, рельсы, цепи, сверла, рабочая часть которых изготов­ляется из быстрорежущей стали, а хвостовик — из угле­родистой и др.).

При точечной контактной сварке (рис. 34, б) соеди­нение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и пере­дающих усилие сжатия (ка­бины, кузова и емкости для зерна, деталей обшивки). Электроды изготовляются по­лыми из сплавов меди с хромом, алюминием. Во время сварки они охлаждаются водой.

При шовной контактной сварке (рис. 34, в) элемен­ты соединяют внахлестку вращающимися дисковыми электродами. Шов может быть сплошной или прерыви­стый. Шовной контактной сваркой с непрерывными шва­ми изготовляют, например, топливные баки.

2. Дуговая сварка под флюсом (рис. 35) вы­полняется голой электродной проволокой, которая по­дается в зону горения дуги специальным механизмом. Сварочная дуга возбуждается между электродной про­волокой под слоем сыпучего флюса и свариваемым ме­таллом. За счет высокой температуры дуги флюс плавится и закрывает расплавленный металл шва и элек­трода коркой расплавленного шлака, замедляющего процесс охлаждения металла шва и зон, прилегающих к нему, а также предохраняет металл от соприкоснове­ния с воздухом, что способствует улучшению каче­ства шва.

Рис. 35. Автоматическая электродуговая сварка под слоем флюса:

а – схема установки; б – схема сварки; 1 – бункер; 2 – флюсоотсасывающее устройство; 3 – подающая головка; 4 – электродная проволока; 5 – шлаковая корка; 6 – флюс; 7 – сварочный шов; 8 – ванна жидкого металла.

Дуговая сварка в защитном газе характеризуется тем, что в зону горения дуги подается защитный газ, оттесняющий воздух из области сварки и защищающий металл сварочной ванны от вредного воздействия атмо­сферы. В качестве защитных могут быть использованы инертные газы (аргон и гелий), активные газы (азот, водород, угле­кислый газ), смеси газов (аргон с углекислым газом и др.). Для питания дуги применяют постоянный и переменный ток. Преимущественное распространение получила сварка постоянным током, при котором легче зажигается дуга. Сварку выполняют плавящимися и не­плавящимися электродами.

Электрошлаковая сварка – соединение металлов плавлением, при котором для нагрева используют тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Электрическая дуга воз­буждается в начале процесса и горит между электро­дом и свариваемым металлом. Затем дугу засыпают флюсом, который плавится и образует шлаковую ванну. Дуга, закороченная шлаком, гаснет, и возни­кает без дуговой процесс, при котором расплавленный шлак пропускает сварочный ток. Затвер­девший шлак тока не проводит.

Металл плавится как за счет тепла рас­плавленного шлака, так и за счет тепла, выделяемого в контакте между жидким шлаком и металлом. Сварка позволяет сваривать за один проход металл толщиной до 400 мм, имеет высо­кую производительность и отличается высоким качест­вом шва.

3. Холодная сварка – соединение металлов давлением при значительной пластической деформации без внеш­него нагрева. Этот метод применяют для сварки таких пластичных металлов, как медь, алюминий, свинец и др. На специальных машинах выполняют точечную и шовную холодную сварку. Применяют также специаль­ные клещи для холодной сварки проводов и шин из алюминия и меди. Холодной сваркой можно соединять и разнородные металлы. Например, к алюминиевым шинам привари­вают медные наконечники.

Сварка трением – соединение металлов давлением с нагревом за счет трения. Сварку выполняют на уни­версальных токарных станках или специальных машинах. Одну из свариваемых заготовок укрепляют непо­движно в суппорте токарного станка, а другую – в пат­роне. В процессе сварки к вращающейся заготовке при­жимают неподвижную, и их трущиеся торцевые поверх­ности нагреваются до температуры сварки.

Плазменная сварка – соединение металлов плавле­нием, при котором для нагрева используется тепло плаз­менной струи, представляющей собой поток ионизиро­ванного газа, имеющего температуру 10 000...20 000 °С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ (азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси) через столб сжатой дуги. Плазменной струей можно разрезать тонкие цветные металлы и сплавы, высоколегированные стали, тугоплавкие металлы, керамику и др., особенно те, резка которых другими способами затруднена, например меди, алюминия и др.

Ультразвуковая сварка основана на использовании механических ультразвуковых колебаний, подводимых к металлу. Она бывает точечной и шовной. Данным способом сваривают металлы небольшой толщины, а также некоторые пластмассы. Электрическую энергию в сварочной машине преобразует в механическую уль­тразвуковую магнитострикционный преобразователь.

Электронно-лучевая сварка в вакууме характеризу­ется тем, что энергию, необходимую для нагрева и плав­ления металла, получают в результате интенсивной бомбардировки места сварки быстро движущимися в вакууме электронами. Для ускорения движения элек­тронов к катоду и аноду подводится ток напряжением 30...100 кВ.

Электронно-лучевую сварку применяют при изготов­лении деталей из тугоплавких, химически активных металлов.

4. При выполнении сварочных работ приме­няют различные методы контроля сварных соединений: внешний осмотр швов, металлографические исследова­ния, просвечивание рентгеновыми и гамма-лучами, маг­нитный контроль, механические испытания, контроль швов на плотность и др.

Контроль перед сваркой заключается в проверке качества основного металла, электродов, проволоки, флюсов, обмазки; в проверке правильности подготовки кромок, зазора между ними и т. п.

В процессе сварки контролируют силу тока и дефек­ты, обнаруживаемые внешним осмотром.

Внешним осмотром выявляют поверхностные дефек­ты сварки: неравномерность шва, подрезы, прожоги ме­талла, пористость, трещины и др. Для выявления плохо видимых дефектов пользуются лупой, а для замеров – измерительными инструментами и шаблонами.

Металлографические исследования макро- и микро­структуры могут быть проведены на образцах, вырезан­ных из сварного соединения. Макроанализ позволяет обнаружить такие дефекты, как шлаковые включения, раковины, поры, трещины и др. Микроанализ дает пред­ставление о структуре шва, об изменениях состава ме­талла, пережоге, о наличии микроскопических дефектов шва.

Просвечивание рентгеновыми и гамма-лучами заклю­чается в том, что данные лучи, встречая на своем пути дефекты шва (поры, трещины, шлаковые включения и др.), поглощаются здесь меньше, поэтому сильнее действуют на фотопленку, чем при прохождении плот­ных здоровых мест шва, вызывая на снимках почерне­ния, форма которых на рентгенограмме соответствует форме дефекта.

Механические испытания проводят на растяжение, изгиб, удар на образцах, вырезанных из сварного со­единения.

Контроль швов на плотность применяют для резер­вуаров, труб и т. п. Он может осуществляться: водой, подаваемой внутрь изделия при определённом давлении; сжатым воздухом, накачиваемым в изделие, погружённое в воду; керосином (шов снаружи покрывают мелом, разведённым в воде, а изнутри его промазывают керосином); аммиаком (о наличии дефектов судят по черчению бумаги, пропитанной раствором азотнокислой ртути и наклеенной на шов изделия, в которое вместе со сжатым воздухом подают аммиак).