5. Основы сварочного производства

5.1. Введение

Сваркой называют процесс получения неразъемного соединения в результате возникновения атомно-молекулярных связей между поверхностями соединяемых деталей.

В настоящее время известно более семидесяти технологических процессов сварки. Одни процессы применяются широко, другие ограниченно, но в целом сварка является наиболее важным способом получения неразъемных соединений. Она применяется практически во всех областях техники. Сваривают не только металлы, но также стекло, некоторые виды керамики и пластмасс, разнородные металлы и сплавы. Сварка осуществляется на земле, под водой, в космосе.

Несмотря на успехи в разработке новых способов сварки, доминирующее положение в производстве уже около полувека занимает дуговая сварка, на которую приходится более 60% всего объема работ.

Дуговая сварка создана в 1881 году отечественным изобретателем Н.Н. Бернардосом. Разработанная им технология сварки и резки угольным электродом стала широко известна в России и за рубежом.

Следующий шаг в развитии дуговой сварки сделал русский инженер Н.Г. Славянов, который в 1888-1890 гг. разработал и запатентовал метод сварки, при котором плавящийся металлический стержень является одновременно и электродом и присадочным материалом. Он применил флюс для защиты сварочной ванны от воздуха.

В дальнейшем в Швеции в 1907 г. Д. Кельберг предложил применить толстое покрытие на электродах с целью защиты сварочной ванны и стабилизации дуги.

В конце 30-х годов под руководством академика Е.О. Патона был разработан способ автоматической сварки под слоем флюса.

В последующие годы работы ученых разных стран обеспечили усовершенствование известных процессов сварки и разработку принципиально новых.

5.2. Физические основы процесса сварки и ее классификация

Физическая сущность процесса сварки – образование прочных связей между атомами или молекулами в зоне соединяемых деталей. Для получения сварного соединения требуется:

1 – сблизить соединяемые поверхности на расстояния, при которых начинают действовать межатомные силы сцепления.

2 – создать необходимые для возникновения межатомных связей условия: температуру, качество поверхности, время контакта.

Для этого необходимо ослабить связь поверхностных атомов с атомами основного металла, путём сообщения энергии для активации поверхностных атомов – энергию активации. Эта энергия может передаваться в виде теплоты – термическая активация и в виде упругопластической деформации – механическая активация .

По способу активации соединяемых поверхностей сварка классифицируется: I– сварка плавлением – термическая активация, II– сварка давлением – механическая (термомеханическая) активация.

Сварка плавлением – проходит при расплавлении кромок свариваемых заготовок или присадочного материала за счёт подвода тепла. Подвижность атомов в жидкой фазе выше, чем в твёрдой, за счёт этого происходит перемещение расплавленного металла, т.е. образуется общая сварочная «ванна». После затвердевания сварочной «ванны» образуется соединение в виде сварочного шва.

К сварке плавлением относятся:: электродуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая, лучевая, электронно-лучевая и др.

Сварка давлением – заготовки соединяются путём совместной пластической деформации – механический способ.

Различают: диффузионную, газопрессовую, индукционную, контактную, конденсаторную, кузнечную, термитную, взрывом, трением, холодную, ультразвуковую сварки.

В зависимости от вида используемой энергии для нагрева металла при сварке различают:

1 электрическая: все виды дуговой, контактная, плазменная, электрошлаковая, индукционная;

2 химическая: газовая, термитная;

3 механическая : холодная, прессовая, трением, ультразвуковая.

4 лучевая: электронная, фотонная (световая).

По способу защиты металла в зоне соединения – сварку подразделяют: в воздухе, в вакууме, в защитном газе, под флюсом, по флюсу, с комбинированной защитой.

По непрерывности процесса – непрерывная, прерывистая.

По степени механизации – ручная, механизированная, автоматическая.