3. Общие сведения

Сварка как метод получения неразъемных соединений широко используется в машиностроении, строительстве, энергетическом машиностроении, химической и нефтегазовой промышленности и других отраслях. Основная продукция – металлоконструкции, станины и корпуса металлообрабатывающего оборудования, энергетических, электрических машин и агрегатов, кузова автомобилей и т.д. Сварные изделия могут быть как окончательной продукцией, так и заготовками для последующей обработки.

Для успешного применения сварки инженер-конструктор должен знать основы технологии сварки, ее основные виды и технологические возможности, уметь правильно выбирать материалы свариваемых изделий, тип сварного соединения, сварочные материалы, иметь четкое представление о процессе сварки проектируемого изделия, определить тип и форму исходных заготовок и технически грамотно оформить чертежи сварных конструкций.

Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий:

- освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов;

- энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом;

- сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

Указанные условия реализуются различными способами сварки путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки. Энергия вводится в виде теплоты, упругопластической деформации, электронного, ионного, электромагнитного и других видов воздействия. Прочность и другие свойства сварных соединений определяются свариваемостью материалов. В зависимости от того, удовлетворяет ли сварное соединение предъявляемым требованиям, свариваемость может быть достаточной или недостаточной. Безотносительно к виду конструкции и ее назначению свариваемость металлов оценивают степенью соответствия заданных свойств сварного соединения одноименным свойствам основного металла и их склонностью к образованию таких сварочных дефектов, как трещины, поры, шлаковые включения и др. По этим признакам материалы различают на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся.

4. Описание технологии сварки

1)РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

Производится электродами длиной до 450мм, изготовленными из сварочной проволоки диаметром до 6мм. Электроды имеют покрытие, в состав которого входит стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие компоненты и связующие вещества (жидкое стекло). Стабилизирующие вещества (мел, мрамор, силикаты натрия, калия и т.п.) способствуют ионизации дугового промежутка и устойчивому горению дуги. Газообразующие составляющие (крахмал, древесная мука) при сгорании образуют вокруг дуги защитную атмосферу и затрудняют окисление жидкого металла. Шлакообразующие компоненты (мрамор, марганцевая руда, плавиковый шпат и т.д.) образуют легкоплавкий шлак, защищающий расплавленный металл от кислорода воздуха.

При ручной дуговой сварке электродом с покрытием дуга горит между стержнем электрода и основным металлом, поверхность которого оплавляется. Стержень электрода плавится и расплавленный металл стекает вниз. При этом покрытие электрода образует защитную атмосферу вокруг дуги и слой жидкого шлака на поверхности металла. Для поддержания дуги и образований сплошного сварочного шва электрод вручную подают в зону сварки и перемещают вдоль соединяемых деталей. По мере движения дуги расплавленный металл затвердевает, образую сварной шов. Жидкий шлак превращается в твёрдую корку. Наличие газовой защитной атмосферы и жидкого шлака над сварочной ванной обеспечивает защиту металла от кислорода воздуха и необходимую прочность сварочного шва.

Благодаря своей универсальности и мобильности ручная дуговая сварка находит широкое применение. Её можно применять для изделий различной толщины, из разнообразных металлов, сварные швы могут быть произвольной формы и в любом положении в пространстве. При соблюдении технологии и при высокой квалификации сварщика обеспечивается высокое качество и надёжность сварного соединения. К недостаткам ручной дуговой сварки следует отнести низкую производительность труда, зависимость качества сварки от квалификации сварщика, вредные условия труда.

Вредными для человека факторами являются разбрызгивание металла, испарение некоторых компонентов, выделение газов, световое, а также ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

2) ДУГОВАЯ СВАРКА В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

Рассмотрим механизированную (полуавтоматическую) дуговую сварку плавящимся электродом на постоянном токе. Сварочный полуавтомат состоит из источника питания, механизма подачи проволоки, системы подачи защитного газа и баллона к сварочной горелке. Электрическая дуга горит между деталями и сварочной проволокой. При этом происходит оплавление свариваемых кромок и конца проволоки, за счёт чего формируется ванна расплавленного металла. Сварочная проволока с катушки подаётся в зону сварки по шланговому металлопроводу от механизма подачи через электрододержатель внутри корпуса горелки. Механизм подачи расположен стационарно на некотором удалении от места сварки, а включается он посредствам кнопки управления на корпусе горелки. Скорость подачи проволоки регулируется с пульта управления источника питания. Защитный газ поступает из баллонов по шланговому проводу к корпусу горелки и, выходя из сопла, образует вокруг дуги защитную атмосферу. Горелку вдоль свариваемых деталей сварщик перемещает вручную.

В качестве защитных газов используют углекислый газ и инертные газы (аргон, гелий) или их смеси. Аргон обеспечивает очень эффективную защиту в зоне сварки, но стоит дорого. Его применяют главным образом для сварки алюминиевых, магниевых, титановых, медных сплавов и специальных сталей.

Иногда используют горелки с неплавящимся (вольфрамовым) электродом, закрепленном в электрододержателе. Сварку ведут при обратной полярности тока (минус на электроде). Для формирования сварного шва в дугу сбоку вводят сварочную проволоку.

Сварка в атмосфере защитных газов имеет ряд преимуществ. К ним относится высокое качество сварного шва благодаря эффективной защите металла и отсутствия шлаковых включений, а также возможности визуального наблюдения за формированием сварного шва. Сварку можно вести во всех пространственных положениях. В процессе сварки происходит ионизация газа, поэтому электрическая дуга горит при напряжении 10-15В и отличается малой мощностью, что позволяет сваривать тонкостенные детали.

К недостаткам можно отнести высокую себестоимость аргонодуговой сварки, а также невысокую мобильность, так как сварка вне производственных помещений ограничена.