2.Сварка плавлением. Дуговая сварка

Источником теплоты при дуговой сварке является электрическая дуга, которая горит меду двумя электродами, при этом часто один электрод представляет собой свариваемую заготовку.

При сварке плавлением атомно-молекулярные связи между деталями создают, оплавляя их примыкающие кромки, так, чтобы получилась смачивающая их, общая ванна. Эта ванна затвердевает при охлаждении и соединяет детали в одно целое. Как правило, в жидкую ванну вводят дополнительный металл, чтобы полностью заполнить зазор между деталями, но возможна сварка и без него.

Принцип действия.

Дуга – мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает в себя три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3-6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда.

В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие способы дуговой сварки:

а) Сварка неплавящимся (графитным или вольфрамовым) электродом, дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла.

б) Сварка плавящимся (металлическим) электродом, дугой прямого действия, с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом.

в) Сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами. При этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги.

г) Сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.

5. Электрошлаковая сварка (ЭШС).

При этой сварке тепловая энергия, расходуемая на нагрев и плавление металлов изделия и электрода, получается за счет теплоты, выделяемой в объеме расплавленного флюса при прохождении через него тока. Шлаковая ванна не только нагревает металл изделия и электрода, но и надежно защищает расплавленный металл от вредного действия воздуха.

ЭШЛ— вид электрошлакового процесса, сварочная технология, использующая для нагрева зоны плавления тепло шлаковой ванны, нагреваемой электрическим током. Шлак защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом.

Процесс сварки является бездуговым. Сварку выполняют снизу вверх чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними.

По виду электрода различают электрошлаковую сварку проволочным, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком; по наличию колебаний электрода — без колебаний и с колебаниями электрода; по числу электродов — одно-, двух- и многоэлектродную.

6 Сварка в среде защитных газов.

При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования.

Сварку в защитных газов применяют для сварки углеродистых, низколегированных конструкционных и высоколегированных сталей, сплавов алюминия, магния, никеля, меди.

При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа.

В качестве защитных газов применяют инертные газы ( аргон и гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.), а иногда – смеси двух газов и более.

Сварка неплавящимся электродом в инертных газах может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.

Сварка в защитных газах имеет следующие преимущества: высокую степень защиты расплавленного металла от воздействия воздуха; отсутствие на поверхности шва при применении аргона оксидов и шлаковых включений; возможность ведения процесса во всех пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за процессом формирования шва и его регулирования; более высокую производительность процесса, чем при ручной дуговой сварке; относительно низкую стоимость сварки в углекислом газе.

Рис. Защитный газ может заполнять камеру, где ведут процесс сварки, но чаще всего его подают в дугу через мундштук 1 в виде потока 2,который окутывает электрод 3,дугу 4 и сварочную ванну 5, защищая их от проникновения кислорода и азота. 

7. Электронно-лучевая сварка.

Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме.

При эл-лучевой сварке энергия быстродвижущихся электронов расходуется на плавление металла свариваемых элементов. При ударе электрона о пов-ть и внедрении его в металл свариваемых деталей происходит резкое торможение, сопровождающееся превращением кинетической энергии в тепловую.

Рис. Свариваемую деталь 7 через загрузочный люк помещают в спец камеру 9, из которой при помощи непрерывно работающих насосов откачивается воздух и обеспечивается степень разряжения. Деталь 7, устан на поворотном устройстве 8, вращается со скоростью сварки с помощью мотора 10 и редуктора 11. При пропускании переменного тока от трансформатора 2 катод 1 разогревается и излучает электроны. Электроны проходят через спец линзу 5. Перемещение луча по свариваемому изделию производится магнитной системой 6.

Основными параметрами режима электронно-лучевой сварки являются сила тока, ускоряющее напряжение, скорость сварки.

Эл-лучевую сварку применяют для получения стыковых, угловых соединений.

8. Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции. Лазерный луч легко управляется и регулируется, с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. На него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва. В процессе лазерной сварки объем сварочной ванны небольшой. Это обеспечивает высокую технологическую прочность сварных соединений, небольшие деформации сварных конструкций. Основные энергетические характеристики процесса лазерной сварки - это плотность Е мощности лазерного излучения и длительность t его действия.

Скорость лазерной сварки непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением.

Преимущества: простота фокусировки луча, возможность сварки на воздухе. Недостаток- высокая стоимость.

9. Сварка плазменной струей:

Дуговая плазменная струя — интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, плазменной резки или сварки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др. Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от величины сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки и т. д.

Технология плазменной сварки

Питание дуги при плазменной сварке, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторых случаях и более высоким.

С помощью плазменной сварки можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообразующего газа используют аргон или гелий, которые также

К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва.

Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы.

11. Термическая резка металла – это способ раскроя металла путем его проплавления по заданной линии реза. Выделяют два основных вида термической резки – кислородную (газовую) и плазменную.

Газовая резка металла. Газовая резка металла осуществляется резаками за счет режущего газа направленного действия. Резаки могут быть как ручными, что часто используется для резки в труднодоступных местах, так и автоматическими, установленными на сложные станки с числовым программным управлением.

Основными преимуществами газовой резки является низкая стоимость и возможность раскроя металла толщиной до 500 мм. Недостатком такого вида резки металла является относительно низкое качество кромки реза по сравнению с другими способами резки.Газовой резке не поддаются углеродистые, нержавеющие, высоколегированные стали, чугун, медь, алюминий и его сплавы, а также тонкостенные прокаты.

Плазменная резка. Основным инструментом для осуществления воздушно-плазменной резки является плазмотрон. Он генерирует дугу, теплота которой расплавляет металл в месте реза, а высокоскоростной плазменный поток удаляет расплавленный металл.

Среди преимуществ можно выделить возможность резки любого токопроводящего материала, высокую скорость и более качественную кромку реза по сравнению с газовой резкой. Главным недостатком является ограничение толщины разрезаемого материала.

10. Газовая сварка представляет собой процесс, в котором расплавление металла изделия и присадочного металла осуществляется за счет теплоты, получаемой при сгорании горючего газа в кислороде.

При сварке место соединения нагревают до расплавления высокотемпературным газовым пламенем. При нагреве газосварочным пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом, который вводят в пламя горелки извне. Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода.

В практике применяют два способа сварки - правый и левый. При правом способе сварку ведут слева на право, сварочное пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большая глубина плавления, замедленное охлаждение металла шва в процессе кристаллизации.

При левом способе сварку ведут справа налево, сварочное пламя направляют на ещё не сваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. При левом способе сварщик хорошо видит свариваемый металл, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе; предварительный подогрев кромок свариваемого металла обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны.

Газовую сварку рекомендуется производить на рабочем месте –сварочном посту, включающем ацетиленовый генератор с водяным предохранительным затвором, кислородный баллон, инжекторную горелку и резиновые шланги(рис).

Газокислородная резка заключается в сжигании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся оксидов. При горении железа в кислороде выделяется значительное количество теплоты.

12. Свариваемость металлов.

Свариваемость -способность металлов и сплавов образовывать сварные соединения, отвечающие нормальным условиям эксплуатации сварной конструкции. Одним из главных признаков плохой свариваемости металлов и сплавов является их склонность к образованию трещин. Сплавы с выраженной неоднородностью физико-мех свойств, склонные к образованию трещин, относят к сплавам с плохой свариваемостью, а сплавы однородные и не склонные к трещинообразованию- к сплавам с хорошей свариваемостью.

Свариваемость металлов зависит от их природы и от особенностей применяемого метода сварки. Основным материалом для получения сварных конструкций является сталь. На свариваемость углеродистых сталей наибольшее влияние оказывает содержание в них углерода. К хорошо сваривающимся относятся стали с содержанием углерода до 0,30%. Они свариваются в любых температурных условиях, в широком диапазоне толщин и форм деталей.

Отрицательное влияние на свариваемость стали оказывают примеси серы и фосфора. При одинаковом содержании углерода свариваемость легированных сталей хуже, чем углеродистых. Это объясняется их низкой теплопроводностью, а также окислением легирующих элементов и образованием карбидов при сварке. В результате изменяются свойства стали и могут образоваться трещины.

13. Стали при сварке делятся на два вида: углеродистые и легир. При сварке 1 необходимо строго выдерживать режимы сварки, рекоменд для каждого типа электродов, т к могут образоваться трещины. В состав 2 входят спец лег элементы, поэтому они облад более выс мех св-ми, а также и спец св-ми, кот необходимы для работы изделий в условиях глубокого холода, высоких температур и давлений.

Сварка конструкций из легированной стали должна вестись, как правило, по тщательно разработан­ному технологическому процессу. Сварка сталей, склонных к образованию трещин, должна произ­водиться обязательно в закрытых помещениях.

При сварке ферритных высокохромистых сталей наблюдается выпадение карбида хрома, в результате чего понижается коррозионная стойкость сталей. Для предотвращения этих явлений сварку сталей следует проводить при малой погонной энергии, металл шва легировать сильными карбидообразователями (Ti, Nb); после сварки проводить отжиг при 900°C. Для сварки сталей этого типа необходимо применять ферритные или аустенитные электроды и соблюдать такие же меры, что и при сварке углеродистых и легированных сталей.

Высоколегированные хромоникелевые аустенитные стали обладают большой вязкостью, хорошо противостоят коррозии, действию кислот, хорошо свариваются. Хромоникелевые стали обладают низкой теплопроводностью и чувствительны к перегреву так же, как и хромистые стали. Поэтому их необходимо сваривать на постоянном токе обратной полярности и применять те же режимы, что и при сварке хромистых сталей.

14. Сварка чугуна

Применяют горячую(с предварительным подогревом изделия), полугорячую(с местным подогревом) , холодную(без подогрева) сварку чугуна.

Сварка чугуна применяется, главным образом, при ремонте различных чугунных изделий и при исправлении дефектов, полученных в процессе литья (заварка трещин, образовавшихся или во время литья изделия, или в результате эксплуатации изде­лия; заварка раковин и пор в отливках; наплавка изношенных поверхностей чугунных деталей). Сварка чугуна значительно сложнее сварки сталей. Для получения при сварке чугуна качественного сварного соединения необходима более сложная технология, чем при сварке многих легированных сталей. Сварка ведется на постоянном токе прямой полярности. Основное преимущество сварки такими электродами хорошая обрабатываемость швов.

15. Сварка меди и ее сплавов

Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому при ее сварке к месту расплавления металла приходится проводить большое количество тепла, чем при сварке стали. Одним из свойств меди затрудняющим сварку, является ее повышенная текучесть в расплавленном состоянии. Поэтому при сварке меди не оставляют зазора между кромками. В качестве присадочного металла используют проволоку из чистой меди. Для раскисления меди и удаления шлака применяют флюсы.

Медь обладает высокой теплопроводностью, большой текучестью, способностью окисляться в нагретом и особенно в расплавленном состоянии;

Сварка меди в значительной степени зависит от наличия в металле различных примесей: висмута, мышьяка, свинца, сурьмы. Они практически не растворяются в меди, но образуют с ней легкоплавкие химические соединения, которые располагаются по границам зерен, ослабляя межатомные связи. Чистая медь обладает наилучшей свариваемостью;

Виды сварки меди:

дуговая сварка угольным электродом (неплавящимся);

дуговая сварка плавящимся электродом; автоматическая сварка под слоем флюса; ручная аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом (сварка в защитных газах);

газовая сварка

16. При сварке латуни методами плавления происходит очень сильное испарение цинка. Сварку латуни ведут теми же методами, что и сварку меди. Однако сварка латуни имеет некоторые особенности. Так, при газовой сварке пламя горелки устанавливается с избытком кислорода. Быстрообразующаяся пленка окислов цинка на поверхности сварочной ванны предотвращает его дальнейшее выгорание. Основная трудность при сварке латуней различных марок связана с интенсивным кипением и быстрым выгоранием цинка.

Особенности технологии сварки. Металл обрабатывают особым флюсом, препятствующим испарению цинка.

После сварки деталь подвергают отжигу. Сварку проводят в инертной среде, (аргонодуговая технология), в среде порошкового шлака (газовая сварка). Кроме того, латунь можно «варить» и электродуговым способом, используя порошковый флюс и угольные электроды. В качестве присадочного материала используют латунную проволоку, содержащую алюминий, железо и прочие присадки. Сварочный шов формируется в один слой, а после завершения операции шов подвергают проковке.

17. Сварка алюминия- весьма трудный процесс. Наличие на пов-ти деталей и сварочной ванны прочной пленки окисла Al2O3 препятствует сплавлению наплавленного металла с основным. Поэтому применяют спец флюсы и электродные покрытия. Алюминий хорошо сваривается давлением.

Первое и важное условие – подготовка к сварке. Соединяемые детали должны быть обязательно обезжирены, при этом уже имеющаяся на поверхности пленка оксида алюминия удаляется. Присадочная проволока обрабатывается таким же способом. Электродные стержни также очищаются перед нанесением на них покрытия. Электроды непосредственно перед сваркой надо просушить.

Сварку рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода.

Сварка металла толщиной до 2 мм осуществляется без присадки и без разделки кромок, металл толщиной свыше 2 мм сваривают с зазором.

В настоящее время из всех известных способов для сварки алюминия чаще всего применяются три следующих: ручная, аргонодуговая, полуавтоматическая.

18. Сварка магния и его сплавов. 

Магний обладает высокой хим активностью. Активное окисление магния происходит с образованием рыхлой окисной пленки MgO. Пленка затрудняет сварку, поэтому используют способ катодного распыления. Магний в чистом виде из-за малой коррозионной стойкости и прочности для изготовления конструкций непригоден. В технике для этой цели используют сплавы магния, так как легирование его некоторыми элементами заметно повышает его механические свойства без увеличения веса. Основные легирующие элементы: марганец, алюминий, цинк и добавки - цирконий, церий. 

Основной способ сварки магниевых сплавов - дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертных защитных газов. Магний и магниевые сплавы обладают высокой жидкотекучестью. Для предотвращения «провала» сварочной ванны под действием собственной силы тяжести необходимо применять формирующие прокладки с канавкой. Аргонодуговая сварка является основным способом сварки магния и его сплавов.