30. Сварка

Сваркой называют технологический процесс образования неразъемных соединений за счет образования атомно-молекулярных связей между элементарными частицами сопрягаемых деталей. Наибольшее промышленное значение имеет сварка металлов и их сплавов в однородных и разнородных сочетаниях, но возможна и сварка неметаллических материалов, таких как стекла, пластмассы, керамики и т.п., между собой и с металлами.

Сущность процесса сварки и классификации ее способов. Образование неразъемного соединения при сварке происходит за счет возникновения атомно-молекулярных связей между контактирующими поверхностями. Для того чтобы эти связи возникли, необходимо свариваемые поверхности сблизить на расстояние, соизмеримое с атомным радиусом. В реальных условиях сближению поверхностей препятствуют микронеровности, окисные и органические пленки, адсорбированные газы. Для получения качественного соединения необходимо устранить причины, препятствующие сближению контактирующих поверхностей, и сообщить атомам твердого тела некоторую энергию, необходимую для повышения энергии поверхностных атомов, которая называется энергией активации. Эта энергия может сообщаться в виде теплоты (термическая активация) и в виде упруго-пластической деформации (механическая активация). Образование связей между атомами соединяемых поверхностей происходит в твердой или жидкой фазах в зависимости от метода активации. Можно выделить 1)сварку пластическим деформированием (давлением),2) сварку плавлением.

При сварке давлением сближение атомов и активация поверхности соединяемых материалов достигаются в результате совместной упруго-пластической деформации. В процессе пластической деформации в поверхностных контактирующих слоях выравниваются микронеровности, разрушается адсорбированный слой и увеличивается число активных центров взаимодействия. В результате атомы активизированных поверхностей вступают во взаимодействие и между ними образуется металлическая связь. Сварка давлением делится на 2 подгруппы- термомеханические и механические.

При сварке плавлением детали соединяют за счет местного расплавления металла свариваемых элементов без приложения давления. Расплавляется либо только основной металл (изделия) по кромкам, либо основной и дополнительный металл- электродный или присадочный.

Классификация способов сварки металлов по физическим признакам, т.е. по наличию давления, виду вводимой энергии и ее носителю. К сварке плавлением относятся (термические процессы без давления); дуговая, плазменно-дуговая, электронно-лучевая, электрошлаковая, лазерная, газовая, термитная.

К сварке давлением относятся (термомеханические процессы): контактная, индукционная, диффузионная, термокомпрессионная. Кроме того к сварке давлением относятся (механические процессы): холодная, ультразвуковая, взрывом, трением.

31. Электрическая дуговая сварка

на сегодняшний день — самый распр метод сварки. Источником нагрева явл электрич дуга. Дуга — мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3-6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. На первом происходит разогрев торца электрода-катода, после этого электрод отводится на определенное расстояние и под действием электрического поля с торца электрода начинается процесс эмиссии. Электроны сталкиваются с газами воздуха и ионизируют их, таким образом между катодом и анодом образуется столб дуги. Температура столба дуги достигает 6000 С и столб дуги ярко светится. Свойства дуги описываются вольт-амперной характеристикой. Она представляет собой зависимость между направлением дуги и током дуги. Такой вид вольт-амперной характеристики электрической дуги связан с тем, что для газового разряда сопротивление не является постоянным, так как число заряженных частиц в нем зависит от интенсивности ионизации и в частности от тока. Поэтому электрический ток в газах не поддается закону Ома. При малых токах (до 100А) и свободной дуге интенсивно возрастает число заряженных частиц, сопротивление столба дуги падает и нужно для поддержания заряда. При дальнейшем росте тока и ограничении электродов столб дуги снижают и объем газа, участвующего в переносе заряда падает, падает скорость роста числа заряженных частиц, напряжение дуги мало зависит от тока.(2) При дальнейшем росте тока поперечное сечение столба не может увеличиваться и напряжение дуги возрастает. Самое широкое сечение имеет дуга с жесткой характеристикой, когда Uдуги не зависит от Iдуги. Но положение (2) зависит от длины. Напряжение пропорционально длине U=α-βlg (α и β опытные коэффициенты, зависят от рода металла, от вида газа, от других факторов). Αпредставляет собой сумму падений напряжения в катодной и анодной областях дуги и она не зависит от длины дуги. Для обычных стальных электродов αпримерно равна 10в. Β представляет собой среднее значение падения напряжения на единицу длины дуги. Для обычной дуги в воздухе примерно равна 2В/мм. Для сохранения постоянного напряжения дуги соответственно обеспечения стабильности выбранного режима сварки необходимо длину дуги поддерживать постоянной. Lд1< Lд2< Lд3