Структура сварного соединения

Сварное соединение (рис. 4) при сварке плавлением включает в себя сварной шов 1, образовавшийся в результате кристаллизации сварочной ванны, зону сплавления 2 и зону термического влияния 3, представляющую часть основного металла, непосредственно привыкающую к сварному шву и подвергающуюся тепловому воздействию при сварке, вызывающему изменение структуры и свойств.

Металл в любой зоне сварного соединения испытывает нагрев и охлаждение. Максимальная температура нагрева в разных участках соединения различна.

Р ис. 4. Схема строения сварного соединения: 1 - сварной шов, 2 - зона сплавления, 3 - зона термического влияния.

Сварной шов образуется в результате расплавления основного и электродного металлов, а потому после затвердевания он имеет структуру литого металла с вытянутыми столбчатыми кристаллитами. В зоне термического влияния изменение нагрева происходит от температуры плавления на границе со швом до комнатной температуры. При этом в металле могут происходить различные структурные и фазовые превращения, приводящие к появлению участков металла, различающихся по структуре.

При сварке низкоуглеродистых сталей в ней отмечают участки (рис. 5) неполного расплавления, перегрева, нормализации, неполной перекристаллизации, рекристаллизации и синеломкости.

Рис. 5. Структура металла в зоне термического влияния при сварке низкоуглеродистой стали

Участок неполного расплавления примыкает непосредственно к сварному шву и является переходным от литого металла шва к основному. На этом участке происходит образование соединения и проходит граница сплавления. Он представляет собой узкую область (0,1 - 0,4 мм) основного металла, нагревавшегося до частичного оплавления зерен. Участок перегрева - область основного металла, нагреваемого до температур 1100 - 1450°С, в связи с чем металл его отличается крупнозернистой структурой и пониженными механическими свойствами и тем заметнее, чем крупнее зерно и шире зона перегрева. Участок нормализации (перекристаллизации) охватывает область основного металла, нагреваемого до температуры 900 - 1100°С. Металл этого участка обладает высокими механическими свойствами, так как при нагреве и охлаждении на этом участке образуется мелкозернистая структура в результате перекристаллизации без перегрева.

Участок неполной перекристаллизации нагревается в пределах температур 725 - 900°С. В связи с неполной перекристаллизацией, вызванной недостаточным временем и температурой нагрева, структура металла состоит из смеси мелких перекристаллизовавшихся зерен и крупных зерен, которые не успели перекристаллизоваться. Свойства его более низкие, чем у металла предыдущего участка.

Участок рекристаллизации наблюдается при сварке сталей, подвергавшихся холодной деформации (прокатке, ковке, штамповке). При нагреве до температуры 450 - 725°С в этой области основного металла развивается процесс рекристаллизации, приводящий к росту зерна, огрублению структуры, к разупрочнению металла.

Участок, нагреваемый в области температур 200 - 450°С, является переходным от зоны термического влияния к основному металлу. В этой области могут протекать процессы старения металла в связи с выпадением карбидов и нитридов железа. Понижается пластичность и вязкость металла. По структуре этот участок практически не отличается от основного металла. Таким образом, сварное соединение характеризуется неоднородностью свойств. Ширина околошовной зоны зависит от толщины металла, вида и режима сварки. Например, при ручной дуговой сварке она составляет обычно 5 - 6 мм.

Электродуговая сварка

 В этом варианте сварки источником теплоты является электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой.

Сварочной дугой называется мощный электрический разряд между электродами, находящимися в среде ионизированных газов и паров.

Рис. 17.2. Схема процесса сварки металлическим покрытым электродом

Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые подают вручную в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом дуга горит между стержнем электрода и основным металлом.

Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя защитную газовую атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов. Жидкий шлак образует твердую шлаковую корку.

 Ручная сварка позволяет выполнять швы в любых пространственных положениях: нижнем, вертикальном, горизонтальном, вертикальном, потолочном. Ручная сварка удобна при выполнении коротких криволинейных швов в любых пространственных положениях, при выполнении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.

Оборудование для ручной сварки: источник питания дуги, электрододержатель, гибкие провода, защитная маска или щиток, электроды.

		5
6	7	Оборудование для ручной сварки: 1-трансформатор; 2-выпрямитель; 3-инвертор 4-полуавтомат 5 – защитная одежда, 6 – гибкие провода; 7 - электродержатель

Сварочные электроды

Электроды для дуговой сварки бывают двух основных типов: плавящиеся и неплавящиеся.

Плавящиеся электроды являются металлическими. Во время сварки электрод плавится, и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну, формируя валик шва. Применяются штучные электроды, сварочная и порошковая проволока . Штучные плавящиеся электроды с покрытием используются очень широко, для сварочных работ в домашних условия - это основной материал.

Рис. Плавящийся электрод для сварки: 1 - стержень, 2 - участок перехода, 3 - марка электрода, 4 - покрытие.

Покрытие сварочных электродов оказывает множественное действие: образует атмосферу защищающую металл от кислорода и азота, находящихся в воздухе, стабилизирует горение дуги, удаляет вредные примеси из расплавленного металла, легирует его с целью улучшения свойств.

Неплавящиеся электроды бывают угольными, графитовыми и вольфрамовыми. Температура плавления всех этих материалов превышает ту, до которой они нагреваются при сварке. Графитовые электроды изготавливают из синтетического прессованного графита, угольные - из электротехнического угля.

Графитовые электроды	Угольные омедненные электроды
Сварная проволока	Варианты конфигурации оболочки в порошковой проволоке

Вольфрамовые неплавящиеся электроды изготавливаются из чистого или с наличием присадок вольфрама. В качестве присадок используются окислы тория, иттрия, лантана и других веществ. О наличии той или иной присадки говорит марка и цвет электрода. Обозначение ЭВ (WP) означает чистый вольфрам (конец окрашен в зеленый цвет), ЭВТ (WT) - вольфрам с торием (красный), ЭВИ (WY) - с иттрием (темно-синий), (WL) - с лантаном (синий или золотистый, в зависимости от содержания лантана), WC - с церием (серый), WZ - с цирконием (белый).

С помощью неплавящихся электродов варят сталь, чугун, медь, латунь, бронзу, алюминий и прочие металлы. Сварка проводится чаще всего в среде защитного газа (аргона, гелия, азота и их смеси). Её можно осуществлять как с присадочным материалом, так и без. В качестве последнего используется проволока, металлические прутки или полосы.

Классификация и обозначение электродов.

Электроды, применяемые для сварки и наплавки, классифицируются по широкому ряду признаков:

• по назначению (для сварки стали, чугуна, цветных металлов, для наплавочных работ и пр.);

• по технологическим особенностям (для швов различного пространственного положения, для сварки с глубоким проплавлением и т.п.);

• по виду покрытия (кислое, рутиловое, основное и пр.) и его толщине (толстое, тонкое, среднее, особо толстое);

• по химическому составу покрытия и стержня;

• по механическим свойствам металла шва;

• по роду и полярности тока, величине номинального напряжения холостого хода источника питания.

• по качеству изготовления, состоянию поверхности покрытия, содержанию вредных примесей фосфора и серы.

Каждый параметр электрода имеет свое буквенное или цифровое обозначение в определенной части маркировки.

В соответствии с ГОСТ 9466-75 обозначение электрода содержит информацию о типе, марке, диаметре и прочих его характеристиках. В обозначение типа электродов для сварки конструкционных сталей входит буква Э ("электрод для дуговой сварки") и цифра, сообщающая о минимальном временном сопротивлении разрыву металла шва в кгс/мм². Если после цифр присутствует буква А (например, Э42А, Э46А), это означает, что данный тип электрода обеспечивает более высокие пластические свойства металла шва.

Наряду с типом, электроды имеют и марку. Одному типу электродов может соответствовать несколько марок. Например, электродам типа Э42 соответствуют марки ГОСЦ-2, ЦМ-7, АНО-6.

Рис. Обозначение электродов по ГОСТ 9466-75

1 - Тип электрода (Э - электрод для дуговой сварки, 46 - прочность 460МПа, А - повышенная пластичность и вязкость металл шва);

2 - Марка электрода;

3 - Диаметр стержня;

4 - Назначение электрода (У - для сварки углеродистых и низколегированных сталей);

5 - Характеристика толщины покрытия (Д - толстое);

6 - Группа индексов, указывающая на характеристики металла шва;

7 - Вид покрытия (Б - основное);

8 - Пространственное положение шва (1 - для всех положений);

9 - Род тока (0 - постоянный, обратной полярности).

Рис. Обозначение электродов по международному стандарту EN 499

1 - Электрод для дуговой сварки;

2 - Минимальный предел текучести (500Н/мм²); 3 - Характеризует температуру, при которой обеспечивается минимальное значение ударной вязкости 47Дж (около 60°C); 4 - Характеризует химический состав наплавленного металла (Ni - 2,6-3,8%); 5 - Тип покрытия электрода (основной); 6 - Код производительности и род тока (<=105%, постоянный); 7 - Код положения швов при сварке (все, кроме вертикального сверху вниз); 8 - Характеризует содержание водорода в наплавленном металле (10 мл/100г).

Автоматическая дуговая сварка под флюсом.

Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла со всех сторон плотно закрыты слоем флюса толщиной 30-50 мм. Часть флюса плавится и образуется жидкий шлак, защищающий жидкий металл от воздуха. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны затвердевают с образованием сварного шва, покрытого твердой шлаковой коркой.

Для сварки используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха.

Схема автоматической дуговой сварки под флюсом представлена на рис. 17.3.

 

Рис. . Схема автоматической дуговой сварки под флюсом

 Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва. Дуга 10 горит между проволокой 3 и основным металлом 8. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30…50 мм. Часть флюса плавится и образуется жидкий шлак 4, защищающий жидкий металл от воздуха. Качество защиты лучше, чем при ручной дуговой сварке. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны затвердевают с образованием сварного шва 7, покрытого твердой шлаковой коркой 6. Проволоку подают в дугу с помощью механизма подачи 2. Ток к электроду подводят через токопровод 1.

Применяемые флюсы различают по назначению. Флюсы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей предназначены для раскисления шва и легирования его марганцем и кремнием. Для этого применяют высококремнистые марганцевые флюсы, которые получают путем сплавления марганцевой руды, кремнезема и плавикового шпата в электропечах.

Флюсы для сварки легированных и высоколегированных сталей должны обеспечивать минимальное окисление легирующих элементов в шве. Для этого применяют керамические низкокремнистые, безкремнистые и фторидные флюсы, которые изготавливают из порошкообразных компонентов путем замеса их на жидком стекле, гранулирования и последующего прокаливания. Основу керамических флюсов составляют мрамор, плавиковый шпат и хлориды щелочно-земельных металлов.

Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла.

Преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной: повышение производительности процесса сварки в 5-20 раз, повышение качества сварных соединений и уменьшение себестоимости 1 м сварного шва.

Дуговая сварка в защитных газах.

П ри сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа (инертного – аргон, гелий; активного – углекислый газ, азот, водород). Наибольшее применение нашли аргон и углекислый газ.

Рис. Схема электродуговой сварки в защитных газах.

Особенности каждого вида сварки представлены в таблице .

Вид сварки	аргонодуговая сварка	сварка в углекислом газе
Применяемые электроды	неплавящимся электродами ( вольфрам, углерод)	только плавящимся электродом, содержащим раскислители (кремний и марганец
Особенности сварки	Высокая стоимость аргона; Малоэффективен на открытых площадках; Отсутствие на поверхности шва оксидов и шлаковых включений	низкая стоимость углекислого газа; высокая производительность; разбрызгивание металла (зачистка - 30…40% времени сварки); нельзя применять для сварки меди*, алюминия, титана и редких металлов
Применение	для легированных и высоколегированных сталей, цветных (алюминия, магния, меди) и тугоплавких (титана, ниобия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов; узлы летательных аппаратов, элементы атомных установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов	конструкции из углеродистых и низколегированных сталей (газо- и нефтепроводы, корпуса судов и т.п.).

* Углекислый газ химически активен по отношению к жидкому металлу. При нагреве он диссоциирует на оксид углерода и кислород, который окисляет железо и легирующие элементы. Окисляющее действие кислорода нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей.

Газовая сварка

Газовая сварка - это сварка плавлением, при котором для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки.

  При газовой сварке заготовки 1 и присадочный материал 2 в виде прутка или проволоки расплавляют высокотемпературным пламенем 4 газовой горелки 3 (рис. 17.6). 

Рис. 17.6. Схема газовой сварки

 Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода. В качестве горючих газов используются: ацетилен (С₂Н₂), пропан-бутановые смеси (С₃Н₈ + С₂Н₂), природный газ (СН₄), водород (Н₂). На практике наибольшее применение находит ацетилен-кислородная сварка, поскольку ацетилен дает наиболее высокую температуру пламени.

В зоне один происходит смешивание газов, температура низкая. В зоне 2 происходит первая стадия горения ацетилена с образованием угарного газа и водорода. Эта зона имеет самую высокую температуру и обладает восстановительными свойствами, поэтому именно этой зоной пламени проводят нагревание металла при сварке.

Рис. Строение ацетиленового пламени в атмосфере технически чистого кислорода: 1 – ядро; 2 – восстановительная зона; 3 – факел, область полного сгорания.

В зоне три протекает вторая стадия горения ацетилена. Эту зону называют окислительной, так как углекислый газ и пары воды, образующиеся в результате горения при высоких температурах окисляют металл и вызывают пористость шва.

Ацетилен получают в специальных аппаратах-газогенераторах при взаимодействии карбида кальция и воды. Производительность реакции на 1 кг карбида кальция - 230-280 л ацетилена.

CaC₂ + H₂O = С₂Н₂↑ +Ca(OH)₂

Баллоны для ацетилена окрашивают в белый цвет с красной надписью «АЦЕТИЛЕН». Баллоны для кислорода окрашены в синий цвет с черной надписью «КИСЛОРОД».

Ацетилен и кислород из баллонов через понижающие газовые редукторы с помощью шлангов подаются в горелку, предназначенную для образования газового пламени.

Сварочные горелки могут быть разделены на два основных типа: горелки инжекторные, или низкого давления, и безынжекторные, или высокого давления. Принадлежность горелки к тому или другому типу определяется наличием или отсутствием в ней инжектора для подсоса горючего газа.

Если горючий газ имеет достаточно высокое давление, не менее 0,5 атм, то он может поступать в горелку самотеком, и горелка может не иметь инжектора. Безынжекторная горелка может работать лишь при достаточно высоком давлении горючего газа, поэтому она называется горелкой высокого давления. Если же давление горючего газа незначительно (менее 0,5 атм), то необходима, кроме того, принудительная подача или подсос горючего газа, что осуществляется специальным инжектором подсосом горючего газа струей кислорода, подаваемого в горелку с большим давлением, чем давление горючего газа. Поэтому инжекторные горелки называются горелками низкого давления. Такая горелка может работать уже при давлении горючего газа 0,005 атм. Горелка низкого давления может работать и при высоком давлении горючего газа (свыше 0,5 атм), но в этом случае применимы и горелки высокого давления. При давлениях менее 0,5 атм инжекторная горелка становится незаменимой, единственно пригодной.

Существуют два основных способа газовой сварки: левый и правый.

При правом способе сварки пламя направлено на уже оплавленные кромки (сварочную ванну), а присадочный пруток перемещают вслед за пламенем по спирали, не вынимая его из сварочной ванны.

Рис. Схема парвого и левого способа сварки.

При левом способе пламя направлено на еще не расплавленные кромки металла, а присадочный пруток перемещается впереди пламени. При этом для более равномерного прогрева и перемешивания металла сварочной ванны горелку и проволоку перемещают с поперечными колебаниями.

Правый способ по сравнению с левым обеспечивает лучший КПД использования тепла пламени, при этом производительность возрастает на 10-20% и уменьшается расход газов на 10-15%.

Выбор способа сварки зависит от толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве. Правый способ используется преимущественно при сварке металла толщиной более 4 мм.

Выбор режима газовой сварки

Режим газовой сварки складывается из следующих параметров: мощность пламени, вид пламени, диаметр присадочной проволоки.

Мощность пламени выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и его теплофизических свойств и регулируют подбором наконечника горелки (№000-№9, чем больше номер, тем выше мощность).

Вид пламени (нормальное, науглероживающее, окислительное) регулируют соотношением ацетилена и кислорода и устанавливают на глаз, в зависимости от материала свариваемых деталей.

Для сварки низко- и среднеуглеродистой стали диаметр присадочной проволоки определяют по формулам в зависимости от способа сварки и толщины металла.

при левом способе dn=S/2+1(мм)

при правом способе dn=S/2(мм)

Скорость нагрева металла регулируется изменением угла наклона мундштука горелки α.

Выбор угла наклона горелки.

толщина свариваемого материала, мм	15	10-15	7-10	5-7	3-5	1-3	1
угол наклона горелки,αº	80	70	60	50	40	30	20

При газовой сварке нагрев заготовки осуществляется более плавно, чем при дуговой сварке, поэтому газовую сварку применяют для сварки металла малой толщины (0,2-3 мм), легкоплавких цветных металлов и сплавов; металлов и сплавов, требующих постепенного нагрева и охлаждения (инструментальные стали, латуни); для подварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках. При увеличении толщины металла снижается производительность и увеличивается деформация.

Электрошлаковая сварка.

 Сущность процесса заключается в том, что тепловую энергию, необходимую для расплавления основного и присадочного металла, дает теплота, выделяемая в объеме шлаковой ванны при прохождении через нее тока (рис. 17.4).

  Рис.17.4. Схема электрошлаковой сварки

 Свариваемые заготовки 1 устанавливают в вертикальном положении. В замкнутое пространство между водоохлаждаемыми медными ползунами 4 и вертикально установленными кромками изделий засыпают флюс и подают электродную проволоку 7 при помощи специального механизма подачи 6.

В начале процесса возбуждают дугу, флюс плавится и образуется электропроводный шлак 5. Шлак шунтирует дугу, она гаснет, выходная цепь источника питания замыкается через шлак. Ток, проходя через шлак, разогревает его, это приводит к раславлению кромок основного металла и электрода. Расплав стекает вниз и образует сварочную ванну 8, выжимая шлак вверх, и затвердевает.

В начальном и конечном участках шва образуются дефекты: в начале шва – непровар кромок, в конце шва – усадочная раковина и неметаллические включения. Поэтому сварку начинают и заканчивают на специальных планках 2 и 3, которые затем удаляют газовой резкой.

Преимущества: возможна сварка металла любой толщины (с 16 мм). Заготовки с толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом, совершающим поперечное колебание в плоскости стыка, при толщине более 150 мм используются нескольких проволок. Есть опыт сварки толщиной до 2 м.

Недостаток способа – образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. Необходимо проведение термической обработки: нормализации или отжига для измельчения зерна.

Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций; станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т.п.

 Лазерная сварка.

Лазерная сварка – способ сварки плавлением, при которых металл нагревают излучением лазера.

Лазерный луч представляет собой вынужденное монохроматическое излучение, длина волны которого зависит от природы рабочего тела лазера-излучателя. Оно возникает в результате вынужденных скачкообразных переходов возбужденных атомов рабочих тел на более низкие энергетические уровни.

Основными параметрами режимов лазерной обработки являются мощность излучения, диаметр пятна фокусировки, скорость перемещения обрабатываемого материала относительно луча.

Преимуществом лазерной сварки является быстрый точечный нагрев металла до плавления. Интенсивный сосредоточенный нагрев обуславливает и чрезвычайно большую скорость охлаждения после прекращения воздействия луча. Это позволяет свести к минимуму ширину околошовной зоны, сварочные напряжения и деформации.

Механизм процессов при лазерной сварке схож с электронно-лучевой сваркой, но не обязательно вакуумировать изделие.

Лазером сваривают преимущественно толщины до 1 мм, так как коэффициент полезного действия преобразования энергии в лазерное излучение довольно низкий.

Сварка давлением

 Сущность получения неразъемного сварного соединения двух заготовок в твердом состоянии состоит в сближении идеально чистых соединяемых поверхностей на расстояния (2-4) 10 ^{– 10} см, при которых возникают межатомные силы притяжения.

Необходимым условием получения качественного соединения в твердом состоянии являются хорошая очистка и подготовка поверхностей и наличие сдвиговых пластичных деформаций в зоне соединения в момент сварки.

 Контактная сварка

 Сварные соединения получаются в результате нагрева деталей проходящим через них током и последующей пластической деформации зоны соединения.

Сварка осуществляется на машинах, состоящих из источника тока, прерывателя тока и механизмов зажатия заготовок и давления.

К деталям с помощью электродов подводят ток небольшого напряжения (3-8 В) и большой силы (до нескольких десятков кА). Большая часть тепла выделяется в зоне контакта деталей.

По виду получаемого соединения контактную сварку подразделяют на точечную, шовную, стыковую. Схемы контактной сварки представлены на рис. 18.1.

 

Рис. 18.1. Схемы контактной сварки:

а – стыковой; б – точечной; в – шовной

 Стыковая контактная сварка (рис.18.1.а) – способ соединения деталей по всей плоскости их касания.

Свариваемые заготовки 1 плотно зажимают в неподвижном 2 и подвижном 3 токоподводах, подключенных к вторичной обмотке сварочного трансформатора 4. Для обеспечения плотного электрического контакта свариваемые поверхности приводят в соприкосновение и сжимают. Затем включается ток. Поверхность контакта заготовок разогревается до требуемой температуры, ток отключается, производится сдавливание заготовок – осадка.

Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой называют сваркой сопротивлением, а при разогреве торцов до оплавления с последующей осадкой – сваркой оплавлением. В результате пластической деформации и быстрой рекристаллизации в зоне образуются рекристаллизованные зерна из материала обеих деталей.

Сварка применяется для соединения встык деталей типа стержней, толстостенных труб, рельсов и т.п.

Точечная сварка (рис.18.1.б) – способ изготовления листовых или стержневых конструкций, позволяющий получить прочные соединения в отдельных точках.

Свариваемые заготовки 1, собранные внахлест, зажимают между неподвижным 2 и подвижным 3 электродами, подсоединенными к обмотке трансформатора 4.

Электроды изнутри охлаждаются водой, нагрев локализуется на участках соприкосновения деталей между электродами. Получают линзу расплава требуемого размера, ток выключают, расплав затвердевает, образуется сварная точка. Электроды сжимают детали, пластически деформируя их.

Образующееся сварное соединение обладает большой прочностью и его можно применять для изготовления несущих конструкций. Этот способ широко применяют в авто- и вагоностроении, строительстве, а также при сборке электрических схем.

Шовная сварка (рис.18.1.в) – способ соединения деталей швом, состоящим из отдельных сварных точек.

Свариваемые заготовки 1 помещают между двумя роликами-электродами, один из электродов 2 может иметь вращательное движение, а другой 3 – вращательное движение и перемещение в вертикальном направлении. Электроды подключаются к вторичной обмотке трансформатора 4. Электроды-ролики зажимают и передвигают деталь.

Шовная сварка обеспечивает получение прочных и герметичных соединений их листового материала толщиной до 5 мм.

  Диффузионная сварка

 Диффузионная сварка – способ сварки давлением в вакууме приложением сдавливающих сил при повышенной температуре.

Свариваемые детали тщательно зачищают, сжимают, нагревают в вакууме специальным источником тепла до температуры рекристаллизации (0,4 Т_пл), и длительно выдерживают. В начальной стадии процесса создаются условия для образования металлических связей между соединяемыми поверхностями. Низкое давление способствует удалению поверхностных пленок, а высокая температура и давление приводят к уменьшению неровностей поверхностей и сближению их до нужного расстояния. Затем протекают процессы диффузии в металле, образуются промежуточные слои, увеличивающие прочность соединения. Соединения получают при небольшой пластической деформации. Изменение размеров мало.

Сварка может осуществляться в среде инертных и защитных газов: гелий, аргон, водород.

Способ применяется для соединения металлов, металлов и полупроводников, а также других неметаллических материалов.

Диффузионная сварка широко применяется в космической технике, в электротехнической, радиотехнической и других отраслях промышленности.

 Сварка трением

 Сварка трением – способ сварки давлением при воздействии теплоты, возникающей при трении свариваемых поверхностей.

Свариваемые заготовки устанавливают соосно в зажимах машины, один из которых неподвижен, а другой может совершать вращательное и поступательное движения. Заготовки сжимаются осевым усилием, и включается механизм вращения. При достижении температуры 980-1300 ⁰С вращение заготовок прекращают при продолжении сжатия.

Р ис. Схема сварки тернием.

Иногда сварку трением производят через промежуточный вращаемый элемент или заменяют вращательное движение вибрацией.

Сваркой трением можно сваривать заготовки диаметром 0,75-140 мм.

Преимущества способа: простота, высокая производительность, малая энергоемкость, стабильность качества соединения, возможность сварки заготовок из разнородных материалов.

Осуществляется сварка на специальных машинах.

 

Сварка взрывом

 Большинство технологических схем сварки взрывом основано на использовании направленного взрыва.

Соединяемые поверхности заготовок, одна из которых неподвижна и служит основанием, располагают под углом друг к другу на определенном расстоянии. На вторую заготовку укладывают взрывчатое вещество и устанавливают детонатор. Сварку осуществляют на жесткой опоре. При соударении двух деталей под действием ударной волны, движущихся с большой скоростью, между ними образуется кумулятивная струя, которая разрушает и уносит оксидные поверхностные пленки и другие загрязнения. Поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил, и происходит схватывание по всей площади соединения. Продолжительность сварки несколько микросекунд.

Рис. Схема сварки взрывом:1 – взрывная волна; 2 и 3 – соединяемые заготовки, А – направление сварки; Б – зона сварного шва ( в увеличении).

Прочность соединений, выполненных сваркой взрывом, выше прочности соединяемых материалов.

Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок для проката биметалла, плакировке поверхностей конструкционных сталей металлами и сплавами со специальными свойствами, при сварке заготовок из разнородных материалов. Целесообразно сочетание сварки взрывом со штамповкой и ковкой.

 

Тип сварного соединения

Тип сварного соединения определяют взаимным расположением свариваемых элементов и формой подготовки (разделки) их кромок под сварку.

В зависимости расположения соединяемых деталей различают четыре основных типа сварных соединений: стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые (рис. 18.2).

 

Рис.18.2. Основные типы сварных соединений

а – стыковое; б – нахлесточное; в – тавровое; г – угловое

 Кромки разделывают в целях полного провара заготовок по сечению, что является одним из условий равнопрочности сварного соединения с основным металлом.

Формы подготовки кромок под сварку показаны на рис. 18.3. различают V, K, X – образные

По характеру выполнения сварные швы могут быть односторонние и двухсторонние.

 

Рис. 18.3. Формы подготовки кромок под сварку:

а – V-образная; б – U -образная; в – X-образная; г – двусторонняя Х-образная

 

Дефекты сварных соединений

В силу разных причин сварные соединения могут иметь дефекты, влияющие на их прочность. Все виды дефектов швов подразделяют на три группы:

• наружные, к основным из которых относятся: трещины, подрезы, наплывы, кратеры;

• внутренние, среди которых чаще всего встречаются: пористость, непровары и посторонние включения;

• сквозные - трещины, прожоги.

Причинами возникновения дефектов могут быть различные обстоятельства: низкое качество свариваемого металла, неисправное или некачественное оборудование, неверный выбор сварочных материалов, нарушение технологии сварки или неправильный выбор режима, недостаточная квалификация сварщика.

Т рещины. Это наиболее опасные дефекты сварки, способные привести к практически мгновенному разрушению сваренных конструкций. Трещины различаются по размерам (микро- и макротрещины) и времени возникновения (в процессе сварки или после нее).

Рис. Трещины.

Чаще всего причиной образования трещин является несоблюдение технологии сварки (например, неправильное расположение швов, приводящее к возникновению концентрации напряжения), неверный выбор сварочных материалов, резкое охлаждение конструкции. Способствует их возникновению также повышенное содержание в шве углерода и различных примесей - кремния, никеля, серы, водорода, фосфора.

Подрезы. Подрезы - это углубления (канавки) в месте перехода "основной металл-сварной шов". Подрезы уменьшают сечение шва, при этом возникают очаги концентрации напряжений, ослабляется шов. Подрезы возникают из-за повышенной величины сварочного тока. Чаще всего этот дефект образуется в горизонтальных швах. Устраняют его наплавкой тонкого шва по линии подреза.

Н аплывы. Наплывы возникают, когда расплавленный металл натекает на основной, но не образует с ним гомогенного соединения. Причины возникновения: недостаточный прогрев основного металла вследствие малого тока; наличие окалины на свариваемых кромках, препятствующей сплавлению; излишнее количество присадочного материала. Устраняются наплывы срезанием с проверкой наличия непровара в этом месте.

П рожоги. Прожогами называют дефекты сварки, проявляющиеся в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла через сквозное отверстие в шве. При этом обычно с другой стороны образуется натек. Прожоги возникают из-за чрезмерно высокого сварочного тока, недостаточной скорости перемещения электрода, большого зазора между кромками металла, слишком малой толщины подкладки или ее неплотного прилегания к основному металлу. Исправляют дефект зачисткой и последующей заваркой.

Н епровар. Непровары - это локальные несплавления наплавленного металла с основным, или слоев шва между собой, так же незаполнение сечения шва. Непровары существенно снижают прочность шва и могут явиться причиной разрушения конструкции.

Дефект возникает из-за заниженного сварочного тока, неправильной подготовки кромок, излишне высокой скорости сварки, наличия на кромках свариваемых деталей посторонних веществ (окалины, ржавчины, шлака) и загрязнений. При исправлении нужно вырезать зону непровара и заварить её.

К ратеры. Это дефекты в виде углубления, возникающего в результате обрыва сварочной дуги. Кратеры снижают прочность шва из-за уменьшения его сечения. В них могут находиться усадочные рыхлости, способствующие образованию трещин. Кратеры надлежит вырезать до основного металла и заварить.

С вищи. Свищами называют дефекты швов в виде полости. Они уменьшают прочность шва и способствуют развитию трещин. Способ исправления - вырезка дефектного места и заварка.

Посторонние включения. Включения могут состоять из различных веществ - шлака, вольфрама, окислов металлов и пр. Шлаковые включения образуются тогда, когда шлак не успевает всплыть на поверхность металла и остается внутри него. Это происходит при неправильном режиме сварки (завышенной скорости, например), плохой зачистке свариваемого металла или предыдущего слоя при многослойной сварке. Все виды включений уменьшают сечение шва и образуют очаг концентрации напряжения, снижая тем самым прочность соединения. Дефект устраняют вырезкой и завариванием.

П ористость - это полости, заполненные газами. Они возникают из-за интенсивного газообразования внутри металла, при котором газовые пузырьки остаются в металле после его затвердевания. Возникновению пор способствует наличие загрязнений и посторонних веществ на поверхности свариваемого металла, высокое содержание углерода в присадочном материале и основном металле, слишком высокая скорость сварки, из-за которой газы не успевают выйти наружу, повышенная влажность электродов. Пористость снижет прочность сварного шва. Зону с ней необходимо вырезать до основного металла и заварить.

П ерегрев и пережог металла. Возникают из-за чрезмерно большого сварочного тока или малой скорости сварки. При перегреве размеры зерен металла в шве и околошовной зоне увеличиваются, в результате чего снижаются прочностные характеристики сварного соединения, главным образом - ударная вязкость. Перегрев устраняется термической обработкой изделия.

Пережог представляет собой более опасный дефект, чем перегрев. Пережженный металл становится хрупким из-за наличия окисленных зерен, обладающих малым взаимным сцеплением. Причины пережога те же самые, что и перегрева, а кроме этого еще и недостаточная защита расплавленного металла от азота и кислорода воздуха. Пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.

Контроль сварных соединений

После завершения сварочных работ, изделия должны подвергаться контролю сварных соединений с целью обнаружения и исправления дефектов. Невооруженным глазом можно рассмотреть лишь часть из них - крупные наружные трещины и поры, непровары, подрезы и т.п. Большая часть дефектов скрыта в глубине металла или имеет такие малые размеры, что обнаружить их можно только с использованием специальных приборов и материалов.

Существует много способов контроля сварных швов, различающихся по принципу действия, способности к обнаружению тех или иных видов дефектов, техническому оснащению. Методы контроля сварных соединений подразделяются на разрушающие и неразрушающие.

Разрушающие методы контроля проводят на образцах – свидетелях, моделях и реже на самих изделиях для получения информации, прямо характеризующей прочность, качество или надежность соединений. К их числу относятся: механические испытания, металлографические исследования, химический анализ и специальные испытания. Эти методы применяют главным образом при разработке технологии изготовления металлических конструкций или для выборочного контроля готовой продукции.

При неразрушающих испытаниях оцениваются те или иные физические свойства, косвенно характеризующие прочность или надежность сварного соединения. Неразрушающие методы применяются, как правило, после изготовления изделия для обнаружения в нем дефектов. К ним относятся: радиационная дефектоскопия, магнитный контроль, ультразвуковая дефектоскопия, капиллярная дефектоскопия, контроль сварных швов на проницаемость, прочие методы (проверка с использованием вихревых токов и т.п.).

Внешний осмотр. Всякий контроль сварных соединений начинается с внешнего осмотра, с помощью которого можно выявить не только наружные дефекты, но и некоторые внутренние.

Перед осмотром, швы тщательного очищаются от шлака, окалины и брызг металла. Более тщательная очистка в виде обработки шва промывкой спиртом и травлением 10%-ным раствором азотной кислоты придает шву матовую поверхность, на которой легче заметить мелкие трещины и поры. После использования кислоты нужно не забыть удалить ее спиртом во избежание разъедания металла.

Визуальный контроль сварных соединений выявляет, прежде всего, наружные дефекты - геометрические отклонения шва (высоты, ширины, катета), наружные поры и трещины, подрезы, непровары, наплывы.

При внешнем осмотре применяется также измерительный инструмент для замера геометрических параметров сварного соединения и дефектов - штангенциркуль, линейка, различные шаблоны.

Капиллярный контроль. Капиллярный контроль основан на капиллярной активности жидкостей - их способности втягиваться, проникать в мельчайшие каналы (капилляры), имеющиеся на поверхности материалов, в том числе поры и трещины сварных швов.

С помощью капиллярного контроля можно контролировать материалы любого вида и формы - ферромагнитные и неферромагнитные, цветные и черные металлы и их сплавы, керамику, пластмассы, стекло. В основном, капиллярный метод применяют для обнаружения невидимых или слабовидимых невооруженным глазом поверхностных дефектов с открытой полостью. Однако с помощью некоторых материалов (керосина, например) можно с успехом обнаруживать и сквозные дефекты.

Для капиллярного контроля разработан ГОСТ 18442-80 "Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования".

К онтроль сварных швов с помощью пенетрантов. К наиболее распространенным способам контроля качества сварных швов с использованием явления капиллярности относится контроль пенетрантами (англ. penetrant - проникающий) - веществами, обладающими малым поверхностным натяжением и высокой световой и цветовой контрастностью, позволяющей легко их увидеть. Сущность метода состоит в окраске дефектов, заполненных пенетрантами.

Рис. Пенетрант для контроля сварных швов

Есть пенетранты на водной основе и на основе различных органических жидкостей (керосина, скипидара, бензола, уайт-спирита, трансформаторного масла и пр.). Последние (на основе различных органических жидкостей) особенно эффективны и обеспечивают высокую чувствительность выявления дефектов.

Если в рецептуру пенетрантов входят люминесцирующие вещества, то их называют люминесцентными, а способ контроля - люминесцентной дефектоскопией. Наличие таких пенетрантов в трещинах определяется при облучении поверхности ультрафиолетовыми лучами. Если в состав смеси входят красители, видимые при дневном свете, пенетранты называются цветными, а метод контроля - цветной дефектоскопией. Обычно в качестве красителей используются вещества ярко-красного цвета.

У разных пенетрантов разная чувствительность. Самые чувствительные (1-й класс чувствительносьи) способны выявлять капилляры с поперечным размером 0,1-1 мкм. Верхний предел капиллярного метода - 0,5 мм. Глубина капилляра должна быть минимум в 10 раз больше ширины.

Пенетрант может храниться в любой емкости и наноситься на контролируемый шов любым способом, но наиболее удобная форма выпуска - аэрозольные баллончики, с помощью которых смесь распыляется на поверхность металла. Обычно в комплект средства контроля швов входят три баллончика: 1- сам пенетрант; 2 - очиститель, предназначенный для очистки поверхности от загрязнений перед проведением контроля и удаления излишков пенетранта с поверхности перед проявлением; 3 - проявитель - материал, предназначенный для извлечения пенетранта из дефекта и создания фона, для образования четкого индикаторного рисунка.

Рис. Контроль сварных соединений пенетрантом: 1 - очищенная поверхность с трещиной, 2 - нанесенный на поверхность пенетрант (пенетрант заполнил трещину), 3 - очищенная от пенетранта поверхность (пенетрант остался в трещине), 4 - нанесенный на поверхность проявитель (проявитель вытягивает пенетрант из трещины на поверхность, и может создавать светлый фон)

Проверка качества сварных швов с использованием пенетрантов имеет как достоинства, так и недостатки. В числе первых - простота использования, высокая чувствительность и достоверность обнаружения дефектов, многообразие контролируемых по виду и форме материалов, высокая производительность, относительная дешевизна. К основным недостаткам относится возможность обнаружения только поверхностных дефектов, необходимость тщательной очистки шва, невозможность применения после механической обработки поверхностного слоя. Применяя пенетранты, следует также иметь в виду, что широко раскрытые дефекты (более 0,5 мм) могут не проявиться - из-за особенности капиллярного явления.

Контроль швов на непроницаемость с помощью керосина. Керосин способен проникать сквозь мельчайшие трещины в сварных швах, благодаря чему позволяет обнаруживать мельчайшие дефекты. По своей эффективности способ контроля керосином эквивалентен гидравлическому испытанию с давлением 3-4 кгс/мм². Он основан на том же явлении капиллярности, что и контроль пенетрантами. К слову сказать, в некоторые пенетранты фирменного изготовления керосин входит в качестве составляющего компонента.

Проверка керосином сводится к ряду последовательных операций:

• очистка шва с двух сторон от шлака, грязи и ржавчины;

• покрытие одной из сторон (той, за которой удобнее наблюдать) водной суспензией каолина или мела (350-450 г на 1 л воды). После нанесения суспензии необходимо подождать, пока она высохнет. Для ускорения процесса покрытие можно просушить горячим воздухом;

• обильное смачивание обратной стороны керосином - 2-3 раза в течение 15-30 минут, в зависимости от толщины металла. Это можно делать струей из краскопульта или паяльной лампы, а также с помощью кисти или кусочка ветоши;

• наблюдение за стороной, на которую нанесена меловая или каолиновая суспензия, и маркирование проявляющихся дефектов.

Негерметичность швов обнаруживает себя появлением темных полос или точек на меловом или каолиновом покрытии, которые с течением времени расплываются в более обширные пятна. Именно поэтому наблюдать за обратной стороной нужно сразу после нанесения керосина - чтобы зафиксировать первые проявления керосина, точно указывающие на место и форму дефекта. Проявляющиеся точки свидетельствуют о порах и свищах, полоски - о сквозных трещинах.

Р ис. Цистерна подготовленная для проверки на герметичность с использованием керосина

Продолжительность испытания при комнатной температуре должна составлять несколько часов. Скорость проникновения керосина в дефекты зависит от его вязкости, которая уменьшается с повышением температуры.

Контроль сварных швов на проницаемость

Целью контроля сварных швов на проницаемость является обнаружение сквозных дефектов, через которые жидкость или газ могут выходить наружу сосуда или системы или, напротив, проникать внутрь.

Пневматический способ контроля. При пневматическом способе проверяемая емкость надувается воздухом, азотом или инертным газом до давления, составляющего 100-150% от рабочего (в зависимости от технических условий на изделие). Наружные швы смачиваются пенообразующим составом, который представляет собой раствор туалетного или хозяйственного мыла в воде (50-100 г мыла на 1 литр воды).

Если испытания проводятся при минусовой температуре, часть воды (до 60%) заменяется спиртом. Появившиеся на поверхности швов пузырьки свидетельствуют о наличии сквозных дефектов.

Небольшие сосуды можно не промазывать мыльным раствором, а помещать в ванну с водой. Дефекты обнаружат себя появлением воздушных пузырьков. Этот способ проверки даже более прост и надежен, чем промазка швов пенообразующим раствором.

Проверка аммиаком. Аммиак подают под давлением в проверяемую емкость в количестве сотой части всего объема воздуха. Перед подачей аммиачно-воздушной смеси, швы, подлежащие контролю, покрывают бумажной летной или медицинским бинтом, пропитанными фенолфталеином. Проходя через сквозные дефекты, аммиак оставляет на ленте или бинте красные пятна. Метод проверки с помощью аммиака очень достоверен.

Обдув сварных соединений воздухом. В тех случаях, когда изделие нельзя накачать воздухом, можно применить упрощенный вариант пневматического испытания, обдувая шов с одной стороны струей воздуха под давлением, а с другой - обмазав его мыльным раствором. В этом случае в зоне обдува создается подпор воздуха, который проявляет себя появлением пузырьков с обратной стороны (при наличии сквозных дефектов).

Р ис. Проверка обдувом сварных соединений воздухом

Чтобы получить необходимый эффект, необходимо соблюдать определенные условия: давление воздуха должно быть до 2,5 кгс/см², струя должна направляться перпендикулярно шву, конец шланга должен быть увенчан ниппелем с отверстием 10-15 мм. Ниппель удерживают на расстоянии 50-100 мм от шва. Как и в случае пневматического испытания, наличие сквозных дефектов определяется по появлению пузырьков воздуха на обратной стороне шва. Способ наиболее эффективен при проверке угловых швов, поскольку в этом случае создается больший подпор.

Гидравлический контроль. Гидравлическое испытание предполагает использование в качестве компонента, создающего давление, воды или масла. После создания необходимого давления (100-150% от рабочего), емкость выдерживают в таком состоянии около 5-10 минут, обстукивая легкими ударами молотка с круглым бойком околошовную зону. Если шов имеет сквозной дефект, он проявится течью жидкости.

Емкости, работающие без значительного избыточного давления, необходимо выдерживать наполненными более длительное время - не менее двух часов.

Магнитная дефектоскопия

П ри контроле качества сварки магнитными дефектоскопами используется явление электромагнетизма. Прибор создает вокруг исследуемой области магнитное поле, поток линий которого, проходя через металл, искривляется в местах дефектов. Это искажение фиксируется определенными способами, из которых в сварочном производстве используются два - магнитопорошковый и магнитографический. При первом, на поверхность сварного соединения наносят сухой или влажный (в смеси с маслом, керосином или мыльным раствором) ферромагнитный порошок (например железный), который скапливается в местах дефектов, свидетельствуя, таким образом, о наличие несплошностей.

Рис. Проверка качества сварных швов методом магнитной дефектоскопии.

Более совершенный магнитографический способ предполагает наложение на шов ферромагнитной ленты, на которой после пропускания ее через прибор проявляются имеющиеся дефекты.

Р ис. Проверка качества сварных швов методом магнитной дефектоскопии с применением ферромагнитной ленты: 1 - магнит, 2 - сварной шов, 3 - дефект, 4 - магнитная пленка.

Магнитным способам контроля могут подвергаться только ферромагнитные металлы. Хромоникелевые стали, алюминий, медь, не являющиеся ферромагнетиками, магнитному контролю не подлежат.

Ультразвуковая дефектоскопия

Ультразвуковой способ использует способность ультразвуковых волн отражаться от границ, разделяющих две упругие среды с разными акустическими свойствами. Посланная прибором ультразвуковая волна, пройдя металл, отражается от его нижней поверхности и возвращается обратно, фиксируясь датчиком. При наличии внутри металла дефекта, датчик отобразит искажение волны. Различные дефекты отображаются по-разному, что позволяет определенным образом классифицировать их.

У льтразвуковая дефектоскопия получила широкое применение при изготовлении сварных конструкций в следствии того что она является одним из неразрушающих способов контроля сварных соединений.

Рис. Проверка сварных швов методом ультразвуковой дефектоскопии.

Контроль качества сварных соединений с помощью ультразвуковых дефектоскопов в силу удобства его проведения получил очень широкое распространение - гораздо большее, чем магнитная и радиационная дефектоскопия. К его недостаткам относится сложность расшифровки сигнала (качественно сделать контроль сварного соединения способен только специалист, прошедший обучение), ограниченность использования для металлов с крупным зерном (аустенитные стали, чугун и пр.).

Радиационная дефектоскопия

Радиационная дефектоскопия основана на способности рентгеновского и гамма-излучения проникать через металлы и фиксировать на фотопленке дефекты, встречающиеся на его пути. Недостатком радиационной дефектоскопии является дороговизна приборов и вредность для людей используемого радиационного излучения.

Схема просвечивания сварного соединения: 1 - источник излучения, 2 - дефект, 3 - контролируемое изделие, 4 - детектор.

Специальные термические процессы в сварочном производстве

 Наплавка – процесс нанесения слоя металла или сплава на поверхность изделия.

Наплавка позволяет получать детали с поверхностью, отличающейся от основного металла, например жаростойкостью и жаропрочностью, высокой износостойкостью при нормальных и повышенных температурах, коррозионной стойкостью и т.п. Наплавка может производиться как при изготовлении новых деталей, так и в ремонтно-восстановительных работах, существенно удлиняя срок эксплуатации деталей и узлов, обеспечивая этим высокий экономический эффект.

Существуют разнообразные способы наплавки.

1. Ручная дуговая электродами со стержнями и покрытиями специальных составов.

2. Автоматическая наплавка под флюсом. Электроды могут быть сплошного сечения и порошковые. Состав флюса, металл электрода и состав наполнителя определяют свойства наплавленного слоя.

3. Наплавка плавящимися и неплавящимися электродами в среде защитных газов. Свойства наплавленного слоя зависят от материала присадки или электрода.

4. Плазменная наплавка. Дуга может быть как прямого, так и косвенного действия. Можно плазменной струей оплавлять слой легированного порошка, предварительно нанесенный на поверхность детали.

5. Электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная наплавка, а также наплавка газокислородным пламенем.

Существенным показателем эффективности того или иного способа наплавки является степень перемешивания при наплавке основного металла и присадочного: чем она меньше, тем ближе будут свойства наплавленного слоя к заданным.

 

Напыление

 При напылении расплавленные по всему объему или по поверхности частицы материала будущего покрытия направляются на поверхность нагретой заготовки. При соударении с поверхностью частица деформируется, обеспечивая хороший физический контакт с деталью. Характер взаимодействия частицы с материалом подложки, последующая кристаллизация частиц определяет качество адгезии покрытия с подложкой. Последующие слои формируются уже за счет связей частиц друг с другом, имеют чешуйчатое строение и существенно неоднородны.

По мере повышения стоимости объемного легирования и стремления получить требуемые эксплуатационные свойства более экономичным способом (легированием поверхности) напыление становится все более предпочтительным.

Для напыления используют источники тепла: газовое пламя, плазму, ионный нагрев, нагрев в печах, лазер и др.

Наибольшее распространение получили процессы газопламенного и плазменного напыления. Материал для напыления подается в пламя горелки или плазменную дугу в виде проволоки или порошка, где происходит нагрев и распыление частиц, которые тепловым потоком источника нагрева разгоняются и попадают на поверхность напыляемой детали. Иной способ формирования покрытий при нагреве в печах. В этом случае нагретая деталь контактирует с материалом покрытия, находящимся в виде порошка или газовой фазы. Получаемое таким методом покрытие имеет высокую адгезию к поверхности детали за счет активных диффузионных процессов, происходящих в период длительной выдержки в печи при высокой температуре.

Все большее распространение получают ионно-плазменные методы напыления износостойких и декоративных покрытий.

 

Пайка

 Пайка – процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Расплавленный припой затекает в специально создаваемые зазоры между деталями и диффундирует в металл этих деталей. Протекает процесс взаимного растворения металла деталей и припоя, в результате чего образуется сплав, более прочный, чем припой.

Образование соединения без расплавления основного металла обеспечивает возможность распая соединения.

Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и др.) зависят от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, типа соединения.

Припой должен хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью, быть дешевым и недефицитным. Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. По температуре плавления припои подразделяют на особо легкоплавкие (температура плавления ниже 145 ⁰С), легкоплавкие (145…450 ⁰С), среднеплавкие (450…1100 ⁰С) и тугоплавкие (выше 1050 ⁰С). К особо легкоплавким и легкоплавким припоям относятся оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, олова, цинка, свинца. К среднеплавким и тугоплавким относятся припои медные, медно-цинковые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной). Припои изготавливают в виде прутков, листов, проволок, полос, спиралей, дисков, колец, зерен, которые укладывают в место соединения.

При пайке применяются флюсы для защиты места спая от окисления при нагреве сборочной единицы, обеспечения лучшей смачиваемости места спая расплавленным металлом и растворения металлических окислов. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее применимы флюсы: бура, плавиковый шпат, борная кислота, канифоль, хлористый цинк, фтористый калий.

Пайку точных соединений производят без флюсов в защитной атмосфере или в вакууме.

В зависимости от способа нагрева различают пайку газовую, погружением (в металлическую или соляную ванну), электрическую (дуговая, индукционная, контактная), ультразвуковую.

В единичном и мелкосерийном производстве применяют пайку с местным нагревом посредством паяльника или газовой горелки.

В крупносерийном и массовом производстве применяют нагрев в ваннах и газовых печах, электронагрев, импульсные паяльники, индукционный нагрев, нагрев токами высокой частоты.

Перспективным направлением развития технологии пайки металлических и неметаллических материалов является использование ультразвука. Генератор ультразвуковой частоты и паяльник с ультразвуковым магнитострикционным вибратором применяются для безфлюсовой пайки на воздухе и пайке алюминия. Оксидная пленка разрушается за счет колебаний ультразвуковой частоты.

Процесс пайки включает: подготовку сопрягаемых поверхностей деталей под пайку, сборку, нанесение флюса и припоя, нагрев места спая, промывку и зачистку шва.

Детали для пайки тщательно подготавливаются: их зачищают, промывают, обезжиривают.

Зазор между сопрягаемыми поверхностями обеспечивает диффузионный обмен припоя с металлом детали и прочность соединения. Зазор должен быть одинаков по всему сечению.

Припой должен быть зафиксирован относительно места спая. Припой закладывают в месте спая в виде фольговых прокладок, проволочных контуров, лент, дроби, паст вместе с флюсом или наносят в расплавленном виде. При автоматизированной пайке – в виде пасты с помощью шприц-установок.

При возможности предусматриваются средства механизации – полуавтоматы и автоматы для газовой, электрической пайки.

Паяные соединения контролируют по параметрам режимов пайки, внешним осмотром, проверкой на прочность или герметичность, методами дефекто- и рентгеноскопии.

Контрольные вопросы:

1. В чем состоит физическая сущность образования сварного соединения.

2. Сварка давлением и сварка плавлением. Основные стадии процесса и физическая сущность.

3. Какие виды сварных соединений вы знаете?

4. Какое оборудование применяется для ручной электродуговой сварки?

5. В чем состоит сущность процесса газовой сварки? Материалы и оборудование газовой сварки.

6. Виды возможного брака при сварке металлов, причины возникновения.

7. Какие методы контроля качества применяются для сварных соединений?

8. Какие электроды применяются при электродуговой сварке?

Содержание

Введение
Принципы формирования строительных материалов оптимальной структуры
Состав, строение и свойства сырья для производства строительных материалов.
Принципы выбора и использования сырья
Характеристика основных технологических переделов.
Производство обжиговых строительных материалов.
Получение керамики.
Получение стекла
Получение ситаллов
Получение каменного литья
Основы металлургического производства.
Современное металлургическое производство и его продукция.
Материалы для производства металлов и сплавов
Производство чугуна. Процессы прямого получения железа из руд.
Производство стали
Разливка стали
Способы повышения качества стали
Модифицирование структуры и свойств стали
Термическая обработка металлов
Химико-термическая обработка (ХТО) стали
Термомеханическая обработка стали.
Получение материалов на основе неорганических вяжущих веществ
Производство гипсобетонных материалов
Получение материалов на основе воздушной извести (силикатные материалы)
Основы технологии полимерных материалов
Получение стройматериалов на основе органического сырья
Получение древесно-стружечных плит
Получение древесно-волокнистых плит
Получение биокомпозитов
Модификация строительных материалов полимерами
Модификация древесины.
Модификация битумов
Сварочное производство
Сварка плавлением
Сварка давлением
Дефекты сварных соединений
Контроль сварных соединений
Специальные термические процессы в сварочном производстве
Словарь

Словарь

Агломерат- окускованный рудный концентрат, полученный в процессе нагревания ниже температуры плавления(спекание, адгезия, холодная сварка). Спекшаяся в куски мелкая руда.

Безобжиговые конгломераты- слагаются из двух взаимосвязанных структурных элементов: вяжущего вещества, выполняющего функции цементирующего матричного компонента, и заполняющего компонента.

Бентонитовые глины — глины, в составе которых преобладают монтмоиллонитовые минералы ( порфиры, гранит) или минералы осадочного (известняк, доломит, магнезит) происхождения.

Взрывное плакирование-сварка взрывом, применяется для получения прочного соединения двух или более металлических тел при их соударении. Между соединяемыми материалами образуется быстродвижущаяся струя пластичного или жидкого металла, которая образует на поверхности раздела волнообразные зацепления, ведущие к образованию глубоких и прочных связей.

Виброформование- формование сборных бетонных или железобетонных изделий с использованием стационарных или передвижных виброопалубок, а также кассетных форм, оснащенных вибраторами.

Вскрышные породы (вскрыша) - часть геологической среды или (и) техногенных образований, перекрывающая полезную толщу сверху, подлежащая удалению в отвалы при разработке.

Гидрофилизация- устойчивое, существенное повышение полярности, которое сохраняется даже после испарения воды. Достигается более радикальным вмешательством в природу поверхностного слоя, когда изменяется хими- ческий состав макромолекул.

Гидрофобизация- процесс нанесения специально разработанных составов, которые осуществляют функцию защиты внешних поверхностей от разрушения и износа.

Горячее прессование-процесс получения изделий путем спекания порошков или заготовок из них с одновременным приложением внешнего давления.

Дегидратированная глина — обожженная до температуры, при которой она теряет химически связанную воду и свойство пластич­ ности. Температура дегидратации обычно равна 700—750 °С.

Кавитационная стойкость-способность выдерживать микроударные нагрузки. Кавитация-процесс образования полостей и пузырьков в ультразвуковом полево время фазы расширения, в переменном звуковом давлении. В фазу сжатия-пузырьки захлопываются.

Каландр-машина для непрерывного формования листа полимера, методом пропуска его через зазор между вращающимися валами.

Кокс - [coke] — твердый горючий остаток, образующийся при нагреве органических веществ без доступа воздуха. Свойства кокса зависят от исходногосырья и условий коксования. В зависимости от сырья различают буроугольный, торфяной, каменноугольный, пековый, нефтяной и др. типы кокса.

Компаунд-термоактивная, термопластичная полимерная смола(отверждаемая в естественных условиях) и эластомерные материалы с наполнителями и (или) добавками или без них , после затвердения. Используется в качестве изоляционного материала и как средство взрывозащиты.

Королит - строительный материал, изготавливаемый из древесной коры с использованием минеральных вяжущих (гипса или цемента).

Критерий Рейнольдса Re-отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости Re= ; Re=2100-3000-переходная область, Re<2100-ламинарное течение, Re>3000-турбулентное течение.

Ксилолит (от ксило… и греч. líthos — камень), искусственный строительный материал из смеси магнезиального вяжущего, опилок и древесной муки с добавлением тонкодисперсных минеральных веществ (тальк, асбест, мраморная мука) и щёлочестойких пигментов.

Лигносульфонат-природный водорастворимый сульфопроизводный лигнина. Образуется в процессе сульфитного способа делигнификации древесины.

Наночастицы- изолированный твердофазный объект, имеющий четко выраженную границу с окружающей средой (от1до100нм).

Обжиговые конгломераты- материалы, отвердевание которых происходит при остывании огненно-жидких расплавов, выполняющих функции вяжущего вещества, или «цемента высоких температур»(керамика, стекло, чугун, сталь)

Окатыши- рудный материал, полученный из мелкой( пылевидной )руды или из тонкоизмельченных концентратов в виде шарообразных гранул диаметром от 2-3 до 30 мм(обычно10-15).

Опилкобетон – это бетон, где вместо стандартного заполнителя из песка и щебня, применяется древесные опилки и стружка.

Пиритные огарки - отходы, образующиеся при переработке железного колчедана (FeS2, пирита) в серную кислоту.

Пластификаторы-вещества, которые вводят в состав полимерных материалов, для придания эластичности и пластичности при переработке и эксплуатации.

Поверхностно-активные вещества- химические соединения, которые концентрируясь на поверхности термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Подвижность-это способность бетона расплываться и занимать предоставленный объем, не образуя пустот.

Полидисперсная система-это образования из двух или большего количества фаз(тел), которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически.

Прессование полусухое- стадия производства кирпича, предусматривающая обсушку перед обжигом.