2 Сварные соединения

2.1 Общие сведения

Сварка — это технологический процесс соединения металли­ческих деталей, основанный на использовании сил молекулярного сцепления, и происходящий при сильном местном нагреве их до рас­плавленного (сварка плавлением) или пластического состояния с применением механического усилия (сварка давлением). Она яв­ляется одним из самых распространенных современных прогрессив­ных способов получения различных машиностроительных, строитель­ных и других конструкций. Сваркой изготавливают станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса, шкивы, звездочки, маховики, барабаны, фермы, балки, колонны, паровые котлы, цистерны, различные резервуары, трубы, корпуса речных и морских судов и т. п.

Затвердевший после сварки металл, соединяющий сваренные детали, называется сварным швом.

В настоящее время, освоена сварка всех конструкционных сталей (включая высоколегированные), чугуна, медных, алюминиевых и других сплавов цветных металлов, а также некоторых пластмасс.

По сравнению с клепаными и литыми сварные конструкции обеспечивают существенную экономию металла и значительно снижают трудоемкость процесса изготовления. Поэтому сварные конструкции в большинстве случаев гораздо дешевле клепаных и литых. При за­мене клепаной конструкции сварной экономия металла в основном достигается вследствие частичного или полного устранения дополни­тельных деталей (накладок, косынок и т. п.) и лучшего использования металла из-за отсутствия отверстий, ослабляющих рабочие сечения. Применение сварки вместо клепки снижает массу конструкции до 1020%. При замене литых конструкций сварными экономия ме­талла достигается благодаря возможности применения меньших сечений элементов конструкции, так как толщина стенок литых де­талей, определяемая с учетом технологии литья, обычно значительно больше, чем у сварных деталей (иногда в 23 раза и более); более конструктивного размещения элементов, что невозможно .осуществить в литых конструкциях из-за опасности возникновения больших оста­точных напряжений; уменьшения припусков на механическую об­работку. Масса сварных конструкций, по сравнению с чугунными литыми, снижается до 50%, а по сравнению со стальными литыми — до 30%. Снижение трудоемкости процесса сварки, по сравнению с клепкой и литьем, обусловливается отсутствием таких операций, как разметка и пробивка или сверление отверстий для заклепок, изготов­ление для отливок моделей и стержней, изготовление литейных форм и т. д., а также возможностью автоматизации процесса сварки.

В соответствии с указанными достоинствами сварные конструкции, за исключением некоторых специальных случаев, вытеснили клепаные как из машиностроения, так и из строительства и во многих случаях их применяют вместо литых. Применение сварки особенно целесооб­разно при изготовлении конструкций сложной формы, отдельные детали которых получают прокаткой, ковкой, штамповкой и отливкой.

К недостаткам сварных конструкций относятся: появление оста­точных напряжений в свариваемых элементах после окончания про­цесса сварки, коробление, плохое восприятие переменных и особенно вибрационных нагрузок, сложность и трудоемкость контроля качества сварных швов. Поэтому в некоторых случаях вместо сварных соединений предпо­читают литые и другие конструкции. Целесообразность применения сварки при изготовлении деталей машин устанавливают в каждом отдельном случае на основании конструктивных и экономических показателей с учетом технологических возможностей предприятия.

Из большого разнообразия существующих видов сварки в машино­строении применяют: ручную дуговую сварку плавящимся электро­дом, автоматическую дуговую сварку плавящимся электродом под флюсом, электрошлаковую сварку и контактную сварку — стыковую, шовную и точечную. Первые три способа относятся к сварке плав­лением, последний — к сварке плавлением или давлением.

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок осуществ­ляются вручную. Нагрев производится электрической дугой между изделием и электродом. Электрод, расплавляясь при сварке, служит присадочным материалом для образования сварного шва. При данном способе возможна сварка стальных деталей толщиной от 1 до 60 мм и более. Этот вид сварки применяют для конструкций с короткими и неудобно расположенными сварными швами, а также в единичном производстве.

Автоматическая дуговая сварка плавящимся электродом под флю­сом, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свари­ваемых кромок механизированы. Дуга горит под слоем сварочного флюса. В состав флюса входят шлакообразующие, легирующие и раскислительные составляющие, благодаря чему этот вид сварки обеспечивает высокую производительность процесса и высокое каче­ство шва. При нем возможна сварка деталей толщиной от 2 до 130 мм и более. Этот вид сварки экономически наиболее целесообразен при непрерывных прямолинейных и кольцевых швах значительной про­тяженности и особенно в крупносерийном и массовом производстве различных конструкций.

Электрошлаковая сварка — сварка плавлением, при которой для нагрева металла используется теплота, выделяющаяся при прохож­дении электрического тока через расплавленный шлак. Этот способ является самым производительным для сварки стальных листов тол­щиной от 40 до 50 мм. Эффективность сварки возрастает с увеличением толщины свариваемых листов. Этим способом сваривают стальные и чугунные изделия толщиной до 1 м и выше, как, например, станины прокатных станов, прессов, молотов и т. п.

Стыковая контактная сварка основана на нагреве стыкуемых тор­цов деталей теплотой, выделяющейся при прохождении электриче­ского тока. Нагрев торцов деталей производится либо до оплавления их (сварка плавлением), либо до пластического состояния с последу­ющим сдавливанием деталей (сварка давлением). Этот способ сварки самый производительный и рентабельный при массовом и крупно­серийном производстве. Шовная контактная сварка, при которой соединение элементов выполняется внахлестку вращающимися ди­сковыми электродами в виде непрерывного или прерывного шва, применяется для получения герметичных швов в тонколистовых кон­струкциях (различные сосуды). Точечная контактная сварка, при которой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, применяется для тонколистовых кон­струкций, в которых не требуется герметичность швов.