5.9. Сваривание металлов

Сварка — это процесс образования неразъемного сое­динения деталей путем их местного сплавления или сов­местного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами (молекулами) соединяе­мых тел. Существует много различных методов сварки, ко­торые подразделяются на две основные группы: сварка плавлением и сварка пластическим деформированием. Ос­тальные методы являются их разновидностями или ком­бинациями.

Сварка плавлением. При сварке плавлением осуществ­ляется местный нагрев соединяемых деталей до темпера­туры плавления и сварной шов образуется путем смешения жидких фаз металлов.

Сварка пластическим деформированием. При этом виде сварки шов образуется посредством сдавливания деталей. Она может производиться с предварительным местным на­гревом деталей или без него (холодная сварка).

По способу местного нагрева деталей сварку подраз­деляют на электрическую (нагрев в результате действия электрического тока), газовую (нагрев пламенем горяще­го газа) и другие виды. Самыми распространенными видами электрической сварки являются электродуговая и электроконтактная.

Электродуговая сварка.

Для расплавления кромок соединяемых деталей при электродуговой сварке ис­пользуют теплоту электри­ческой дуги, питаемой по­стоянным или переменным током.

Питание дуги электриче­ским током (напряжением 30... 60 В) осуществляется непосредственно от специ­альных сварочных генерато­ров или через понижающие которые обеспечивают резкое падение напряжения при возрастании силы тока. Это условие необходимо для ус­тойчивого и непрерывного горения дуги даже при неко­торых изменениях ее длины из-за колебаний руки свар­щика. Кроме того, ток короткого замыкания, неизбежный при зажигании дуги, становится неопасным для исправ­ности генератора или трансформатора.

От сварочного аппарата электрический ток, достигаю­щий нескольких сот ампер и мощностью не менее 5... 10 кВт, подводится к электроду и свариваемому изделию. Прикосновение электрода к изделию приводит к образо­ванию дуги с температурой 5000. .. 6000 °С. Тепло элект­рической дуги расплавляет кромки свариваемых деталей и конец электрода, при этом металл электрода заполняет углубление между деталями и образует шов.

Электроды, применяемые при электродуговой сварке, представляют собой металлические стержни со специаль­ным покрытием (обмазкой). Покрытие в процессе плав­ления электрода способствует ионизации газового проме­жутка дуги, а также защищает шов от окисления и выго­рания углерода из металла.

Для сварки стали обыкновенного качества применяют электроды с обмазкой из мела и жидкого стекла. Размеры наиболее часто используемых электродов колеблются в пределах: диаметр 2,5... 12 мм, длина 350... 450 мм.

Процесс сварки деталей вручную требует от работаю­щего определенных навыков в выполнении сразу несколь­ких движений. Одновременно с перемещением вдоль своей оси для поддержания постоянной длины дуги электрод перемещают и вдоль шва для заполнения последнего рас­плавленным металлом. Для образования широкого шва требуются движения электрода поперек шва (чтобы запол­нить весь шов металлом). Для повышения производительности труда применяют автоматическую сварку, при ко­торой указанные движения выполняются сварочным ав­томатом.

В зависимости от характера шва сварные соединения подразделяют на стыковое, внахлестку, тавровое и угло­вое.

При стыковом соединении необходима специальная под­готовка кромок свариваемых деталей, чтобы получить прочный шов.

Для сварки листов толщиной 2... 5 мм применяют сое­динение без скоса кромок. Расплавленный металл запол­няет просвет между листами. Изделия толщиной 5... 15 мм требуют подготовки кромок в виде V-образных скосов. При этом металл заполняет образованное углубление и прочно соединяет детали по всей толщине шва. Х-образные скосы применяют для сварки деталей толщиной более 15 мм. В этом случае сварка производится с обеих сторон.

Электроконтактная сварка. Она отличается от электро­дуговой тем, что здесь для местного нагрева соединяемых деталей используют теплоту, выделяющуюся в точке наи­большего сопротивления электрической цепи. Если к сое­диняемым деталям подвести электрический ток и сблизить их до соприкосновения, то место соприкосновения и будет этой точкой наибольшего сопротивления. Различают три вида контактной свар­ки: стыковую, точечную и шовную.

Стыковую сварку осуще­ствляют электрическим то­ком напряжением 5... 15 В через понижающий транс­форматор. Ток подводят к свариваемым деталям, ко­торые затем сближают до соприкосновения. Через несколько секунд в месте контакта (стыка) достигается температура начала плавления метал­ла. Выключив ток, детали сдавливают друг с другом и та­ким образом получают сварное соединение.

При точечной сварке соединяемые детали зажимают между электродами, к которым подведен ток напряжением 2... 10 В. Вследствие большого сопротивле­ния в месте контакта происходит нагрев металла в этой точке до температуры сварки. Затем под действием силы сжатия Р детали свариваются.

Электроды изготовляют из медного сплава с большим поперечным сечением, и благодаря высокой тепло- и элект­ропроводности сами они не привариваются к соединяемым деталям.

Электроконтактная сварка широко применяется для сое­динения деталей из листового металла. Простота выпол­нения сварного соединения, несложность конструкции ап­парата для точечной сварки, а также относительная без­опасность процесса (по сравнению, например, с электродуговой сваркой) позволяют использовать электроконтакт­ную сварку даже в условиях школьных учебных мастер­ских.

Шовная сварка отличается от точечной тем, что в ап­парате (шовной машине) электроды выполнены в виде вращающихся роликов, между которыми пропускаются свариваемые листы. Главное преимущество шовной свар­ки — образование сплошного герметического шва.

Газовая сварка. При газовой сварке кромки сваривае­мых заготовок и присадочный материал расплавляются за счет теплоты пламени, образуемой при сгорании смеси го­рючих газов с кислородом. В качестве горючего газа чаще используются ацетилен, обладающий большей теплотворной способностью, чем природный газ или пары бензина и керосина.

Основной инструмент газосварщика — это газовая го­релка, в которой горючий газ смешивается с кислородом и, сгорая, образует сварочное пламя.

Газовой сваркой соединяют заготовки из стали толщи­ной 0,5... 3 мм, чугуна, алюминия, меди и их сплавов, а также сплавов на основе магния.

Лекция 8 (2 часа)