15 Основы технологии сварочного производства

15.1 Физическая сущность и классификация способов сварки

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов, их сплавов и других материалов. Это один из широко используемых процессов для создания новых и ремонта эксплуатируемых машин.

По форме используемой энергии существует несколько видов сварки.

Термическая сварка (дуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая и др.) проводится плавлением при воздействии тепловой энергии.

Термомеханическая сварка (контактная, диффузионная и др.) осуществляется с использованием тепловой энергии и давления.

Механическая сварка (холодная, ультразвуковая, трением и др.) характеризуется приложением механической энергии и давления.

разъема штампа. В зазор h₃, который закрывает выход основному металлу, вытекает часть металла, что обеспечивает полное заполнение полости штампа. Метод имеет недостатки: потери металла в заусенец, введение операций по обрезке заусенца, дополнительные энергетические затраты контакт, при котором в непосредственное соприкосновение вступают ювенальные (чистые) поверхности.

Контактирование ювенальных поверхностей приводит к межатомному взаимодействию свариваемых тел, при котором образуются металлические связи, – такова сущность второго этапа. Эти связи являются результатом взаимодействия расположенных в узлах кристаллической решетки ионов и обобществленных валентных электронов.

Третий этап охватывает диффузионные процессы, способствующие перемещениям частиц металла из места контакта на некоторые расстояния.

Современная тенденция повышения уровня комплексной автоматизации и механизации сварочного производства, применение современных робототехнических устройств приводят к повышению производительности труда и получению высокого качества сварных соединений.

15.2 Свариваемость однородных и разнородных материалов

Свариваемостью называют свойство различных материалов образовывать надежные и экономичные сварные соединения. Свариваемость определяется технологическими свойствами материалов, способом и режимом сварки, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия. Для разных материалов показатели свариваемости меняются, но главное в них постоянно – это возможность получения при обычной технологии прочного сварного соединения. Оценку свариваемости проводят, сравнивая свойства металла шва и околошовной зоны с основным металлом. Кроме того, выявляют склонность материалов к образованию сварочных дефектов (трещин, пор, шлаковых включений, наплывов, непроваров, подрезов и др.).

По свариваемости материалы относят к хорошо, удовлетворительно и плохо свариваемым.

15.3 Сварка углеродистых и легированных сталей и чугунов

Из низкоуглеродистых сталей в настоящее время изготавливают большинство сварных конструкций, так как эти стали хорошо свариваются. Сварные соединения этих сталей обладают высокой коррозионной стойкостью, долговечны в условиях вибрационных и ударных нагрузок, а также при пониженных и повышенных температурах. Среднеуглеродистые стали сваривать значительно сложнее из-за повышенного содержания углерода. При этом наблюдаются низкая стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и склонность к образованию закалочных структур. Стали при сварке нагревают до температуры 1ОО...ЗОО°С; для получения более пластичных соединений после сварки применяют термообработку (закалку с отпуском).

Высокоуглеродистые стали не используют для создания сварных соединений, исключение составляют ремонтные работы.

Контактная точечная сварка проводится на мягких режимах, контактную стыковую сварку осуществляют методом прерывистого оплавления для создания режима предварительного подогрева соединяемых элементов.

Из низколегированных сталей делают ответственные сварные соединения. Эти стали мало отличаются с точки зрения сварки от низкоуглеродистых конструкционных сталей.

Среднелегированные стали, обладая высокими механическими свойствами и достаточной пластичностью, широко распространены в промышленности. Сварка этих сталей затруднена из-за повышенного содержания углерода и легирующих компонентов.

При сварке низко- и среднелегированных конструкционных сталей имеются особенности: выгорание легирующих компонентов, самозакаливаемость металла, возникновение сварочных напряжений и появление трещин. Поэтому сварку сталей проводят, строго соблюдая технологический режим, избегая перегревов, применяя специальные флюсы и обмазки, подогревая спариваемые элементы и проводя соответствующую термообработку.

Из низколегированных сталей делают ответственные сварные соединения. Эти стали мало отличаются с точки зрения сварки от низкоуглеродистых конструкционных сталей.

Среднелегированные стали, обладая высокими механическими свойствами и достаточной пластичностью, широко распространены в промышленности. Сварка этих сталей затруднена из-за повышенного содержания углерода и легирующих компонентов.

При сварке низко- и среднелегированных конструкционных сталей имеются особенности: выгорание легирующих компонентов, самозакаливаемость металла, возникновение сварочных напряжений и появление трещин. Поэтому сварку сталей проводят, строго соблюдая технологический режим, избегая перегревов, применяя специальные флюсы и обмазки, подогревая спариваемые элементы и проводя соответствующую термообработку.

Из высоколегированных сталей большее распространение имеют хромистые и хромоникелевые стали.

Высокохромистые стали отличаются антикоррозионными и жаропрочными свойствами. При их сварке наблюдается охрупчивание металла шва и околошовной зоны, образуются холодные трещины. Дляпредотвращения этого элементы перед сваркой подогревают, применяют малые токи, защищают место сварки, легируют присадочный материал или электроды хрома, а после сварки вводят отжиг.

Хромоникелевые стали обладают более высокими, чем хромистые, коррозионной стойкостью и жаропрочностью. Сварка этих сталей может привести к снижению коррозионной стойкости. Поэтому сварку проводят при малых токах с принудительным охлаждением. После сварки назначают отжиг или закалку. Это предотвращает выпадение карбидов хрома. Хромоникелевые тали хорошо свариваются контактной сваркой.

Сварка чугуна широко применяется в ремонтном деле и в устранении дефекта чугунного литья.

К особенностям сварки чугунов следует отнести следующие: образование закалочных структур при быстром охлаждении, что приводит к плохой обрабатываемости и образованию трещин; отбеливание чугуна; усадка чугуна при охлаждении – это также способствует образованию трещин; легированные никелем, титаном, молибденом и др. чугуны свариваются лучше обычных; из обычных лучше всего свариваются серые чугуны с мелкими включениями графита и с минимальным содержанием серы и фосфора. Закалку и отбеленные структуры чугуна как следствие сварки устраняют отжигом.

При горячей сварке чугунного изделия его предварительно подогревают до температур 600...700°С; по окончании сварки обеспечивается медленное охлаждение со скоростью 50... 100 °С/ч. Сварку ведут, обеспечивая значительно большую, чем у обычных сталей, жидкую ванну металла. Это создает условия для удаления газов и неметаллических включений, а также для медленного охлаждения и предотвращения возникновения закалочных структур. Горячая сварка чугуна проводится электрической дугой или газосварочным пламенем, при этом обеспечивается высокое качество металла сварного шва.

Более широко применяется холодная сварка чугуна электрической дугой. Электроды могут быть стальными, медно-железными, медно- никелевым и чугунными. Сварка осуществляется короткими швами, многослойной. Обеспечивается сравнительно хорошая прочность шва.