6.1 Сущность процесса сварки
Сварка – это процесс, результатом которого является получение неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании.
В промышленности технологический процесс сварки используют для соединения однородных и разнородных металлов и их сплавов, а также металлов с неметаллическими материалами (стекло, керамика и др.) посредством установления межатомных связей. Применяют сварку также для получения деталей и конструкций из пластмасс посредством создания условий образования в данном случае уже межмолекулярных связей между соединяемыми поверхностями заготовок.
Таким образом, физическая сущность сварки заключается в создании таких условий, когда между соединяемыми поверхностями образуются атомные или молекулярные связи аналогичные связям в исходных заготовках.
Осуществление процесса сварки становится возможным при выполнении совокупности условий или в ряде случаев – некоторых из них. Такими условиями являются следующие: очистка сближаемых поверхностей от химических соединений (оксидов, нитридов или адсорбированных инородных атомов), очистка заготовок от поверхностного загрязнения различными веществами органического и неорганического происхождения, энергетическая активация поверхностно расположенных атомов или молекул, а также их сближение на расстояния, при которых происходит образование общих кристаллических решеток с установлением межатомного взаимодействия, а в пластмассах – с образованием непрерывных молекулярных цепей.
Для получения сварного соединения при всех прочих условиях необходимо наличие энергии извне, т.е. энергии активации.
При выполнении сварки энергию активации вводят в зону сварки следующими способами:
а) путем нагрева кромок свариваемых заготовок – термическая активация;
б) путем пластического деформирования – механическая активация;
в) комбинированным путем, используя подвод тепла с пластическим деформированием контактируемых участков заготовок.
В зависимости от формы энергии активации все существующие способы сварки подразделяются на три класса: термический, термомеханический и механический.
Термический класс включает способы сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии.
Термомеханический класс включает все виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления.
Механический класс сварки включает способы сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления.
В случае использования сварки термического класса процесс сварки включает два периода:
а) оплавление кромок свариваемых заготовок с образованием сварочной ванны, заполненной жидким расплавленным металлом;
б) кристаллизация жидкого металла сварочной ванны с образованием межатомных связей.
6.2 Свариваемость металлов и сплавов
Свариваемость – это свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и условиями эксплуатации изделия.
Процесс сварки представляет ряд одновременно протекающих физических и химических процессов, в результате которых образуется неразъёмное соединение.
Различают физическую и технологическую свариваемость.
Особенность металлов и сплавов в зависимости от их физических и химических свойств образовывать неразъёмное соединение путём сварки плавлением называется физической свариваемостью.
Отношение свариваемого металла к конкретно определенному способу и режиму сварки называют технологической свариваемостью.
Качество сварного шва при выполнении конкретного сварного соединения будет определяться физической и технологической свариваемостью данных металлов или сплавов.
Наилучшей физической свариваемостью обладают металлы, способные образовывать друг с другом непрерывный ряд твердых растворов.
Если же металлы обладают ограниченной растворимостью друг в друге, то их свариваемость удовлетворительная.
Плохо или вообще не свариваются металлы, не растворимые друг в друге в твердом состоянии. В этом случае для создания качественного сварного соединения применяют вместо метода плавления метод давления, или вводят третий промежуточный металл, который способен при определенных условиях диффундировать или растворяться в обоих металлах.
Свариваемость сталей зависит от содержания углерода. Стали малоуглеродистые (до 0,3% углерода) свариваются хорошо, а при увеличении содержания углерода свариваемость резко изменяется в отрицательную сторону. Так, например, сварные конструкции из чугуна не выполняются.
Для легированных сталей при определении свариваемости используют следующую эмпирическую формулу:
,
(6.1)
где Спр- приведенное процентное содержание углерода;
С- процентное содержание углерода;
P, Cr, Mo, V, Mn, Ni, Cu – соответственно процентное содержание указанных элементов в легированной стали.
По свариваемости стали подразделяются на четыре группы:
первая группа – хорошо сваривающиеся;
вторая группа – удовлетворительно сваривающиеся;
третья группа – ограниченно сваривающиеся;
четвертая группа – плохо сваривающиеся.
Каждая из указанных групп сталей по свариваемости соответственно предполагает обязательное, с целью получения качественного сварного соединения, выполнение необходимых и достаточных условий при разработке технологических режимов проведения сварочных работ.
Первая группа сталей – сварка данных сталей производится по установленной технологии. При выполнении сварочных работ отсутствует термическая обработка сварного соединения до сварки, вовремя её выполнения и после окончания сварки. Но это, в свою очередь, не исключает проведение термообработки для данных сталей после выполнения сварки. Предназначается термообработка для снятия внутренних напряжений, имеющих место в сварной конструкции после проведения сварочных работ.
Вторая группа сталей – сварку данных сталей для предупреждения образования трещин производят с предварительным нагревом и предусматривают для некоторых сталей предварительную термообработку, с обязательной для всех окончательной термообработкой.
Третья группа сталей – сварку сталей, входящие в эту группу производят с предварительной термообработкой, предварительным подогревом и окончательной термообработкой.
Четвертая группа сталей – сварку сталей этой группы, наиболее трудно поддающихся сварке и предрасположенных к образованию трещин, производят с обязательной предварительной термообработкой, предварительный и сопровождающий подогрев и окончательной термообработкой.
Лекция 7 Виды сварных соединений (4 часа)
Тематический план:
7.1 Стыковые соединения
7.2 Нахлесточные соединения
7.3 Тавровые соединения
7.4 Угловые соединения
7.5 Типы сварных швов
При изготовлении сварных конструкций применяют следующие виды сварных соединений: стыковые, внахлестку, тавровые и угловые.