20. Классификация процессов и виды работ при сварке, наплавке, резке, напылении и пайке металлов.

Сварку плавлением в зависимости от различных способов, характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок деталей можно условно разделить на следующие основные виды:

электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;

электрошлаковая сварка, где основным источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;

электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов;

лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц – фотонов;

газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки.

Более подробную классификацию можно провести и по другим характеристикам, выделив сварку плавящимся и неплавящимся электродом, дугой прямого и косвенного действия; открытой дугой, под флюсом, в среде защитного газа, дуговой плазмой.

Классификация дуговой сварки производится также в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода и полярности тока и т. д.

По степени механизации различают сварку ручную, механизированную (полуавтоматом) и автоматическую. Каждый из видов сварки в соответствии с этой классификацией характеризуется своим способом зажигания и поддержания определенной длины дуги; манипуляцией электродом для придания свариваемому шву нужной формы; способом перемещения дуги по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

При ручной сварке указанные операции выполняются рабочим-сварщиком вручную без применения механизмов.

При сварке на полуавтомате плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются сварщиком вручную.

При автоматической сварке механизируются операции по возбуждению дуги и перемещению ее по линии наложения шва с одновременным поддержанием определенной длины дуги. Автоматическая сварка плавящимся электродом производится, как правило, сварочной проволокой диаметром 1—6 мм; при этом режимы сварки (сварочный ток, напряжение дуги, скорость перемещения дуги и др.) более стабильны. Этим обеспечивается качество сварного шва по его длине, однако требуется более тщательная подготовка к сборке деталей под сварку.(материал может повторятся, повторение мать учения)

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов, сплавов и других однородных п.; разнородных материалов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых заготовок, помощью сварки можно соединить между собой детали из различных металлов и сплавов, керамических материалов, пластмасс. Применяют большое число разновидностей сварки, В зависимости от агрегатного состояния металла в месте соединения во время сварки их подразделяют на сварку давлением, осуществляющую с приложением давления в холодном или в подогретом состоянии. сварку плавлением, при которой соединение получают расплавлением соединенных поверхностей. Сварку в твердом состоянии приложением давления называют 1 сваркой давлением. Существует множество разновидностей сварки давлением, которые различаются источником нагревания либо видом энергии, применяемой для активизации процесса. Контактная электрическая сварка, при которой подогревают соединяемые поверхности проходящим электрическим током и затем их сдавливают. Сварку производят на машинах, состоящих из источника тока (понижающего трансформатора), прерывателя тока и механизмов зажат: заготовок и давления. По виду получаемого соединения контактную сварку подразделяют на стыковую, точечную и шовную Стыковую контактную сварку применяют для соединения встык деталей типа стержней, толстостенных труб, рельсов и т. Точечная сварка, применяемая в основном для изготовления листовых или стержневых конструкций, позволяет получать прочие соединения в отдельных точках. Шовную сварку применяют для изготовления листовых конструкций для получения прочного герметичного соединения. Конденсаторная сварка является одной из разновидностей контактной электрической сварки. Энергия необходимая для подогревания места сварки, накапливается в конденсаторах, а затем в процессе разряда преобразуется в тепло Количество накопленной энергии можно регулировать изменением емкости конденсаторов и напряжения зарядки. Способ такс сварки применяется в радио- и электротехнической промышленности, легко вписывается в роторные линии. Диффузионной сварю соединяют заготовки в твердом состоянии в вакууме приложением сдавливающих сил при повышенной температуре. Достоинстве электрической, радиотехнической и других отраслях промышленности. Сварка трением образует соединение в результате пластического деформирования заготовок, предварительно нагретых в месте контакта теплотой, выделившийся в результате трения. Основные ее достоинства - высокая производительность, малая энергоемкость процесса, возможность сварки заготовок материалов различных сочетаний, стабильность качества и отсутствие таких вредных факторов, как ультрафиолетовое излучение газовое выделение, брызги. Холодная сварка один из способов сварки давлением без подогревания. Для ее осуществлен соединяемых поверхностей вращающейся металлической щеткой, шабрением и с последующим обезжириванием тщательно уда оксиды и загрязнение. Холодную сварку применяют для соединения заготовок из цветных металлов и сплавов, для заварки обол для сварки приводов, шин, в электромонтажном производстве. 2. Сварка плавлением При сварке плавлением сапы межатома взаимодействия возникают между материалами двух свариваемых заготовок, находящихся в месте соединения в жидком состоянии получения неразъемного соединения кромки свариваемых заготовок расплавляют с помощью мощного источника теплоты; расплавке металл образует общую сварочную ванну, смачивающую полуоплавленную поверхность соединяемых элементов. В процессе расплавления устраняются все неровности: поверхностей, органические пленки, адсорбированные газы, оксиды и другие загрязнения, мешающие сближению атомов. По удаления источника нагревания жидкий металл остываем, начинается кристаллизация и образование сварного шва, соединяющего заготовок в единое целое. В зависимости от типа выбранного источника теплоты сварку плавлением можно подразделять на электролит плавлением, электронно-лучевую плавлением, ацетило-кислородную и т. Электрическая дуговая сварка является одним из наш распространенных способов сварки плавлением .К свариваемым заготовкам и к электроду подводится постоянный или перемененной ток от специального источника тока и возбуждается электрическая сварочная дута — стабильный электрический разряд в ионизированных парах гаи газах. Дуговую сварку можно выполнить плавящимся и неплавящимся электродами В качестве плавящего электрода применяют металлический стержень идентичного по состав} металла свариваемых заготовок. При ручной дуговой сварке сварка возбуждает дугу, поддерживает ее горение, опускает электрод по мере его плавления и перемещает электрод вдоль сваривания заготовок. В качестве электродов применяют пру/тки из сварочной проволоки, покрытые специальным составом. Ручную луп сварку широко применяют в машиностроении при сварки заготовок из сталей и цвет, металлов. Существует автоматическая полуавтоматическая сварка штучными электродами. Пайка это технологический процесс соединения металлических заготовок б расплавления посредством введения между ними расплавленного промежуточного металла-припоя. По особенностям пронес технологии пайку можно разделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и пайку-св, Капиллярная пайка. Припой заполняется зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных Соединения образуется за счет растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Применяют соединении в на хлест. Диффузионная пайка соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паж материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких хрупких интерматериалов. Контактно реактивная пайка при пайке между соединенными металлами или соединяемыми металлами и прослойкой другого мета." результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паянное соединение Реактивно-флюсовая пайка. Припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом. Пайка-сварка. Па соединение образуется так же, как при сварки плавлением, но в качестве присадочного металла применяют припой. Все при температуре плавления подразделяются на низкотемпературные(температура плавления ниже 500 С), или мягкие припои высокотемпературные (темп, выше 500 С), или твердые припои. Припои изготавливают в виде прутков, проволок, листов, п< спиралей, колец, дисков, укладываемых в место соединения. К низкотемпературным или мягким припоям относятся олово свинцовые, на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова. К высокотемпературным, или твердым припоям относятся медные, медно цинковые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом). Паяльные флюсы применяют для очистки поверхности паяемого металла, а также для снижения поверхностного вытяжения и улучшения растекания и смачиваем ости жидкого npi Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространенными явл naf печах, индукционная сопротивлением, погружением, радиационная, горелками, паяльниками, электронагревательными металла

Наплавка — нанесение слоя металла на поверхность заготовки или изделия посредством сварки плавлением. В случае применения для этой цели сварки давлением употребляется термин — наварка (ГОСТ 2601—84).

Изготовительная наплавка служит для получения новых биметаллических (многослойных) изделий. Такие изделия состоят из основы (основной металл), обеспечивающей необходимую конструкционную прочность, и наплавленного рабочего слоя (наплавленный металл) с особыми свойствами (износостойкость, термостойкость, коррозионная стойкость и т. д.).

Восстановительная наплавка применяется для восстановления первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. В этом случае наплавленный металл может быть близок по составу и свойствам основному металлу (восстановительная размерная наплавка) или отличаться от них (восстановительная износостойкая наплавка).

Наплавленный металл вследствие перемешивания с основным металлом и взаимодействия с атмосферой дуги и шлаком отличается по составу от электродного (присадочного) металла.

Классификация способов наплавки

Способы наплавки, как и способы сварки, классифицируются по трем группам признаков (ГОСТ 19521—74): физическим, техническим и технологическим.

По физическому признаку (используемый источник нагрева) основные способы наплавки можно разделить на три группы:

термические (дуговая, электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая, световая, индукционная, газовая, печная);

термомеханические (контактная, прокаткой, экструдированием);

механические (взрывом, трением).

Большинство из этих способов в свою очередь могут подразделяться по техническим (способ защиты металла в зоне наплавки, степень механизации наплавки, непрерывность процесса наплавки) и технологическим (по роду тока, по количеству электродов, по наличию внешнего воздействия и т п.) признакам.

1.Ручная наплавка штучными электродами.

Рекомендуется для наплавки на единичные изделия сложной формы. К достоинствам относится возможность наплавки практически любого состава. Кроме того, наплавка может проводиться во всех пространственных положениях, а используемое оборудование относительно несложное и недорогое. Последние два обстоятельства позволяют осуществлять наплавку даже в полевых условиях без трудоемкой разборки и последующей сборки сложных и громоздких агрегатов.

К недостаткам относится низкая производительность (2 – 4 кг/час) и вследствие этого повышенная стоимость работ. Количество работы в значительной степени зависит от квалификации сварщика.

2.Автоматическая наплавка проволокой под флюсом.

По этому процессу наплавка выполняется либо порошковой проволокой под нейтральным флюсом, либо проволокой сплошного сечения под легирующим флюсом. Второй способ менее распространен и здесь рассматриваться не будет.

Рекомендуется для массового использования наплавленных изделий простой формы. Преимуществами являются отсутствие излучения и разбрызгивания, большая производительность (до 15 кг/час), автоматический контроль и вследствие этого высокое качество (не зависящее от квалификации рабочего).

Недостатком является сложное и дорогое оборудование, ограниченный выбор наплавочных материалов.

3.Полуавтоматическая наплавка самозащитной порошковой проволокой.

производительность, относительно небольшая стоимость работ, возможность наплавки практически любого сплава во всех пространственных положениях, несложное, недорогое и компактное оборудование, позволяющее проводить наплавку «по месту».

По сравнению с ручной наплавкой она имеет ряд преимуществ. Так, рабочее время используется эффективнее, поскольку отсутствуют перерывы на замену штучных электродов. При этом наплавщик способен выполнить один непрерывный шов вместо последовательности коротких. Увеличивается коэффициент наплавки (проволока расходуется практически полностью, а 5 – 10 см длины каждого ручного электрода выбрасывается).

Поэтому полуавтоматический процесс наплавки примерно в четыре раза производительнее ручного и на 30 – 50 % дешевле.

Различают три вида термической резки:

• окислением;

• плавлением;

• плавлением-окислением

Резка окислением

При резки окислением металл в зоне резки нагревают до температуры его воспламенения в кислороде, затем сжигают его в струе кислорода, использую образующуюся теплоту для подогрева следующих участков металла. Продукты сгорания выдувают из реза струей кислорода и газов, образующихся при горении металла.

К резке окислением относятся кислородная и кислородно-флюсовая резка.

Кислородную резку мы и будем подробно рассматривать в этом курсе.

Резка плавлением

При резке плавлением металл в месте реза нагревают мощным концентрированным источником тепла выше температуры его плавления и выдувают расплавленный металл из реза с помощью силы давления дуговой плазмы, реакции паров металла, электродинамических и других сил, возникающих при действии источника тепла, либо специальной струей газа.

К резке плавлением относят: дуговая, воздушно-дуговая, сжатой дугой (плазменная), лазерная резка.

Резка плавлением-окислением

При резки плавлением-окислением применяют одновременно оба процесса, на которых основаны две предыдущие группы способов резки.

К резке плавлением-окислением относятся кислородно-дуговая, кислородно-плазменная, кислородно-лазерная резка.

1. Лазерная резка;

2. Плазменная узкоструйная резка;

3. Кислородная резка;

4. Плазменная резка

Виды установок напыления

В методах и технологии газотермического напыления имеется много общего. При малом числе методов встречается большое количество их разновидностей, называемых способами газотермического напыления покрытий. Обобщенная схема процесса газотермического напыления показана на рисунке

- генератор напыляемых частиц;

- двухфазная струя;

- покрытие;

- напыляемое изделие;

- подача распыляемого материала;

- подача распыляющего газа.

Распыляемый материал в виде порошка, проволоки (шнуров) или стержней подают в зону нагрева. Различают радиальную и осевую подачу материала. Нагрев напыляемых частиц совмещают с распыляющим газом. Основное его назначение состоит в распылении и ускорении частиц в осевом направлении. В ряде методов напыления распыляющий газ выполняет и функцию нагрева.

В основу классификации процессов газотермического напыления покрытий положены следующие признаки:

Вид энергии. Различают методы с использованием электрической энергии (газоэлектрические методы) и методы, в которых тепловая энергия образуется за счет сгорания горючих газов (газопламенные методы).

Вид источника теплоты. Для нагрева распыляемого материала используют дугу, плазму, высокочастотные индукционные источники и газовое пламя. Соответственно этому установились названия методов напыления: электродуговая металлизация, плазменное напыление, высокочастотная металлизация, газопламенное напыление, детонационно-газовое напыление. Первые три метода относятся к газоэлектрическим, последние - к газопламенным.

Вид распыляемого материала. Применяют порошковые, проволочные (стержневые) и комбинированные способы напыления. При комбинированных способах используют порошковую проволоку.

Вид защиты. Известны способы напыления без защиты процесса с местной защитой и с общей защитой в герметичных камерах. При общей защите различают ведение процесса при нормальном (атмосферном) давлении, повышенном и при разрежении (в низком вакууме).

Степень механизации и автоматизации процесса. При ручных способах напыления механизирована только подача распыляемого материала; механизированных - также и перемещение распылителя относительно напыляемого изделия. Часто используют движение напыляемых изделий относительно неподвижного распылителя. Уровень автоматизации процессов напыления зависит от конструкции установки. В простейших вариантах автоматизация отсутствует. В сложных комплексах возможна полная автоматизация процесса.

Периодичность потока. Большинство методов напыления осуществляется непрерывным потоком. Для некоторых методов возможно только циклическое ведение процесса. Покрытие формируется в импульсном режиме напыления, чередуемое паузами Газотермические методы напыления широко используют для нанесения покрытий различного назначения. В основном, это защитные покрытия, повышающие коррозионную стойкость изделий или снижающие износ рабочих поверхностей. На многие детали и узлы напыляют теплозащитные или электроизоляционные покрытия.

Параметры режима работы распылителя. Наибольшее влияние на эффективность процесса оказывает подводимая к распылителю энергия и расход распыляющего газа. Подводимая энергия реализуется в источник теплоты для нагрева распыляемого материала: дугу, непосредственно плавящую материал, плазму, газовое пламя и др. Степень использования энергии определяется значениями. Тепловая мощность источника нагрева определяет производительность процесса. Следует учитывать, что только часть тепловой мощности источника расходуется на нагрев распыляемого материала.

Расход распыляющего газа определяет скорость газового потока и, соответственно, его эффективность при распылении материала. С увеличением расхода возрастает скорость напыляемых частиц. При больших расходах распыляющего газа уменьшается температура напыляемых частиц, а их скорость может превысить допустимые значения.

Параметры распыляемого материала и условий его ввода. Наиболее важными параметрами являются: физико-химические свойства распыляемого материала, диаметр проволоки (стержней) и порошковых частиц, а также скорость их подачи в зону нагрева и распыления. Большое влияние на эффективность процесса оказывает характер ввода распыляемого материала. Например, осевая подача порошка в большинстве методов напыления более предпочтительна. При этом возрастает температура напыляемых частиц и их скорость. Существенно может быть также повышена компактность потока частиц.

Газотермическое напыление порошками производится с применением частиц диаметром 10…200 мкм. При увеличении размеров порошковых частиц для их прогрева требуется увеличение мощности распылителя. Аналогичное влияние оказывает повышение температуры плавления и снижение плотности порошка.

Тонкодисперсные порошки трудно вводить в распылитель. Кроме того, они обладают малой инерционностью. Металлические порошки легко окисляются на всю глубину. Скорость подачи порошка (массовый расход) выбирают из условия не существенного снижения энтальпии источника теплоты. Этот параметр определяется экспериментально по максимальному значению коэффициента использования материала Км.

В число параметров должна входить форма порошка, морфология при использовании композиционных порошков и др.

Параметры, характеризующие внешние условия напыления. Наиболее значимыми параметрами этой группы являются; дистанция напыления, угол напыления температура изделия в процессе нанесения покрытия, его форма и размеры, скорость перемещения пятна напыления и др.

С увеличением дистанции снижается температура и скорость напыляемых частиц вблизи поверхности напыления. Кроме того, возрастание длины пробега напыляемых частиц может быть связано с большими возможностями их окисления и насыщения газами. Продолжительность времени пребывания напыляемых частиц при переносе способствует завершению экзотермической металлотермической реакции. При этом достигается максимум значения энтальпии потока напыляемых частиц. С увеличением дистанции возрастает диаметр пятна напыления. Это позволяет получать покрытия более равномерные по толщине. Возрастание дистанции снижает вероятность перегрева напыляемых изделии.

Параметры распыляющей струи и потока напыляемых частиц. Эта группа параметров зависит от ранее рассмотренных и оказывает непосредственное влияние на эффективность напыления К ним относятся - температура, энтальпия и скорость газовой струи по оси и в сечениях, угол расхождения струи; температура, энтальпия и скорость потока частиц, особенно, вблизи поверхности напыления; угол расхождения и плотность потока частиц.

Газовая струя выполняет либо одну функцию, связанную только с распылением расплавленного материала, либо, чаще, две. Во втором случае газовая струя выполняет и функцию нагрева частиц. В обоих случаях скорость напыляемых частиц определяется скоростью газового потока. При нагреве высокотемпературной газовой струей важное значение имеет ее температура и энтальпия. Эффективность процесса возрастает с увеличением температуры напыляемых частиц. Поэтому необходимо стремиться к нагреву частиц до температуры' плавления и выше. При этом скорость частиц должна быть оптимальной и составлять 100…300 м/с. Недостаточная скорость частиц обусловливает - невысокие прочностные свойства покрытий и большое количество несплошностей. Высокие скорости недопустимы из-за повышенного разбрызгивания частиц при ударе. При формировании покрытий из нерасплавленных частиц, находящихся в вязкопластическом состоянии, необходимо стремиться к высоким скоростям, составляющим 800…1200 м/с. Благодаря этому будет обеспечена высокая эффективность процесса. Производительность в значительной мере определяется плотностью потока напыляемых частиц.