3. Основные способы сварки и их классификация слайд 6 Классификация способов сварки

В зависимости от способа получения сварного соединения технологические процессы сварки разделяют на две группы:

- сварка давлением (контактная, газопрессовая, ультразвуком, взрывом и т.д.)

- сварка плавлением (газовая, термитная, электродуговая, электрошлаковая и др.)

Сварка давлением использует пластические свойства материала соединяемых деталей, при этом нагрев играет второстепенную роль или не применяется. Соединяемые детали либо сдавливаются огромным усилием или нагреваются до пластического состояния и затем сдавливается (осаживается), соединяя детали в одно целое.

При сварке плавлением металл нагревают до жидкого состояния (расплавления), причём кромки соединяемых деталей расплавляются одновременно, образуя общую сварочную ванну жидкого металла; при кристаллизации (затвердевании), расплавленный металл образует соединение, имеющую литую структуру.

СЛАЙД 7 По виду источника энергии, используемой для нагрева, сварку плавлением разделяют на электрическую, газовую и термическую. При газовой сварке используется энергия горения горючих газов в атмосфере кислорода.

Наибольшее распространение получили различные способы электрической сварки плавлением. Ведущее место среди них занимает дуговая сварка, при которой источником тепла в зоне сварки является электрическая дуга. Электрическая дуга возникает между свариваемыми деталями или между свариваемым материалом и электродом. Под действием теплоты дуги кромки свариваемых изделий и электрод, расплавляются, образуя область расплавленного металла (сварочную ванну), которая некоторое время находится в жидком состоянии. При затвердевании образуется сварное соединение.

Существующие методы электрической сварки плавлением также классифицируются:

- по типу защиты сварочной ванны и свариваемого материала от атмосферного воздуха – со шлаковой, газошлаковой и газовой защитой;

- по особенностям нагрева – с непрерывным и импульсным нагревом;

- по степени автоматизации процесса – ручная, механизированная, автоматическая.

СЛАЙД 8 В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический, механический.

СЛАЙД 9 К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением, т.е. местным расплавлением соеди­няемых частей с использованием тепловой энергии: дуговая, газо­вая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, термитная и др.

СЛАЙД 10 Дуговая сварка – сварка, при которой нагрев и плавление соединяемых конструкций осуществляется электрической или плазменной дугой и подразделяется на электрическую и плазменную сварку.

Сварку выполняют вручную и с помощью полуавтоматов и автоматов. При ручной сварке электрод, установленный в держателе, находится в руке сварщика. Поддержание дуги, перемещение её вдоль стыка и подачу присадочного материала осуществляет сварщик. При механизированной (полуавтоматической) сварке электрод подаёт механизм, а поддержание электрической дуги и перемещение осуществляет сварщик. При автоматической сварке все сварочные операции осуществляется механизмами.

Рис.1. Сварка трубопроводов с помощью ручной дуговой сварки

Рис.2. Сварка трубопроводов с помощью механизированной сварки

Рис. 3 Сварка трубопроводов с помощью автоматической сварки

СЛАЙД 14 Электрошлаковая сварка – сварка, при которой для нагрева используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

Используется при сварке толстостенных труб, конструкций.

Рис. 4 Электрошлаковая сварка

1-электрод, 2-свариваемые детали, 3- шлак, 4- расплавленный металл.

СЛАЙД 15 Газовая сварка- сварка теплом ацетилено-кислородным пламенем. Ацетилено-кислородное пламя имеет температуру около 3200 градусов и восстановительную температуру, что позволяет расплавлять металл, одновременно формируя и удерживая сварочную ванну в любом пространственном положении. Процесс применяется для сварки трубопроводов небольших диаметров 150 мм. Газовую сварку использовали для сварки первого магистрального трубопровода Баку – Батуми. СЛАЙД 16

Рис. 5 Газовая сварка: 1 – свариваемая деталь; 2-присадочная проволока; 3- сварочная горелка; 4 – горючий газ.

СЛАЙД 17 Электронно-лучевая сварка. Это способ сварки, при котором для разогрева и плавления металла используется энергия сфокусированного потока электронов, перемещающихся с высокой скоростью на свариваемую поверхность. Свариваемое изделие помещается в камеру, в которой поддерживается высокий вакуум, необходимый для свободного движения электронов. От мощного источника электронов на изделие направляется управляемый электронный луч. Электронный луч плавит и доводит до кипения практически все металлы и используется не только для сварки, но и для резки, сверления отверстий в тугоплавких металлах (вольфрам, молибден).

Сварщик контролирует процесс сварки через оптическую систему и управляет электронным лучом, с помощью системы дистанционного управления. Электронно-лучевая сварка позволяет сваривать тугоплавкие металлы с помощью сложных сварных швов. Используется при производстве ракетных и авиационных двигателей.

Рис. 6 Установка электронно-лучевой сварки

Местное расплавление соединяемых частей при лазерной сварке осуществляют энергией светового луча, полученного от оп­тического квантового генератора – лазера.

СЛАЙД 18 При термитной сварке используют тепло, образующееся в результате сжигания термит-порошка, состоящего из смеси алюминия и окиси железа.

Данный способ сварки основан на процессе металлотермии (восстановления металла из окисла другими металлами). Процесс открыт Бекетовым в 1865 году. При сварке сталей в качестве термитов используют смесь порошков окислов железа и алюминия. В процессе горения смеси под воздействием выделяющегося тепла происходит нагрев металла до температуры 2400⁰С. Перегретый металл частично оплавляет кромки свариваемых изделий и, затвердевая, образуется шов. Термитную сварку используют для приварки контактов систем электрохимзащиты к трубопроводу.

Рис. 7 Нанесение термита при термитной сварке

Разработана и рекомендована к применению при сооружении магистральных трубопроводов технология пайки труб.

СЛАЙД 19 К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давле­ния: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и др.

СЛАЙД 20 Холодная сварка – сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых ча­стей.

Сварка взрывом – сварка, при которой соединение осу­ществляется в результате вызванного взрывом соударения быстро движущихся частей. Применяется для упрочнения деталей насосов, для получения многослойных материалов из различных металлов. Впервые применена в 1944 году Лаврентьевым. Энергия, заключённая во взрывчатом веществе, превращается в энергию струи воздуха, которая вытесняется из зазора между соединяемыми деталями. Основная энергия используется для совместной деформации и нагрев металлов в стыке, обеспечивая получение сварного соединения. В Японии сварку взрывом используют для сварки трубных опор. При монтаже трубы собирают под сварку на внутренних муфтах с кольцевыми и продольными пазами,

Энергия взрыва создаёт пластическую деформацию, обеспечивая вдавливание трубы в пазы. В связи с простотой технологии сварка взрывом является перспективным способом при сооружении трубопроводов. СЛАЙД 21

Рис.8 Сварка взрывом:

1- свариваемые детали; 2- взрывчатое вещество; 3 – твёрдое основание.

Ультразвуковая сварка – сварка давлением, осу­ществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний.

Сварка трением – сварка давлением, при которой на­грев осуществляется трением, вызываемым, вращением свариваемых частей друг относительно друга.

СЛАЙД 22 К термомеханическому классу относятся виды сварки, при которых используется тепловая энергия и давление: контактная, диффузионная, газопрессовая, дугопрессовая и др.

СЛАЙД 23 Контактная сварка является основным видом термомеханического класса. Это сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляют теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Различают точечную, стыковую, шовную и рельефную контактную сварку.

Электроконтактная сварка основана на нагреве труб в специальной машине, пропуская через них электрический ток. При нагреве трубы сближают так, чтобы образующиеся между ними перемычки металла расплавлялись, и на контактных поверхностях образовывался слой расплавленного металла. При осадке (сдавливании) металл вытесняется вместе с окислами.

Диффузионная сварка – сварка давлением, осуществляемая взаимной диффузией атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации.

СЛАЙД 24 При прессовых видах сварки соединяемые части могут нагреваться пламенем газов, сжигаемых на выходе сварочной горелки (газопрессовая сварка), дугой (дугопрессовая сварка), электрошлаковым процессом (шлакопрессовая сварка), индукционным нагревом (индукционно-прессовая сварка), термитом (термитно-прессовая сварка) и т.п.

При газопрессовой сварке труб кромки труб нагревают при помощи кольцевых ацетилено-кислородных горелок до пластического состояния и сдавливают. Сварное соединение в этом случае не свободно от окислов, поэтому равнопрочности с основным металлом не достигается.

Дугопрессовая сварка разработана институтом электросварки в 1957году. При этом способе сварки трубы нагревают теплом электрической дуги, перемещающейся под действием магнитного поля в зазоре между кромками по периметру стыка.

Электропрессовая сварка была изобретена в 1947 году. Кромки труб нагревают до пластического состояния током высокой частоты, который индуцируется на трубах при прохождении переменного тока по индуктору. После этого осуществляют осадку с осевым усилием

В настоящее время для сварки трубопроводов применяется контактная сварка.

Ранее в 50-х годах использовалась газопрессовая сварка.

Данные виды сварки отличаются большой производительностью, высокой степенью механизации. Однако требуют сложное и дорогостоящее оборудование, и поэтому в трассовых условиях применяются в незначительном объёме.

СЛАЙД 25 К сварочным технологиям относятся наплавка, термическая разделительная резка, пайка, резка взрывом.

Наплавка – это нанесение с помощью источника тепловой энергии слоя металла на поверхность конструкциинесколько увеличивающего массу и размеры детали. Наплавкой можно осуществлять восстановление размеров детали, уменьшенных износом, и облицовку поверхностного слоя. Восстановительная наплавка имеет высокую экономическую эффективность, т. к. таким способом восстанавливают сложные дорогие детали. Наплавка распространена при ремонте на транспорте, в сельском хозяйстве, строительстве, горной промышленности и т. д. Облицовочная наплавка применяется для создания на поверхности детали слоя материала с особыми свойствами — высокой твёрдостью, износостойкостью и т. д. не только при ремонте, но и при производстве новых изделий. Для этого вида наплавки изготовляют наплавочные материалы с особыми свойствами (например, износостойкий сплав сормайт).

Наплавочные работы ведут различными способами сварки.: дуговой, газовой, плазменной, электронной и т. п. Процесс наплавки может быть механизирован и автоматизирован. Выпускаются специальные наплавочные установки с автоматизацией основных операций.

Наплавка используется при ремонтных работах на резервуарах и трубопроводах для восстановления их стенок, ремонта сварных швов.

Пайка - процесс соединения частей конструкций с помощью припоя без плавления этих частей.

При пайке соединение деталей происходит за счёт адгезии (прилипания) и диффузии припоя в металл соединяемых частей.

Паяное соединение не имеет зоны термического влияния и требует оборудования небольшое по сравнению со сваркой мощности. При помощи пайки можно соединить конструкции из углеродистых и легированных сталей всех марок, цветных металлов, изготовленных из разнородных металлов.

Однако пайка чувствительна к подготовке поверхности паяемых изделий и к зазору между ними. Точность зазора должна быть в пределах ± 0,2 мм, что делает данную технологию практически применимой для сооружения трубопроводов небольшого диаметра.

Для демонтажа трубопроводов и резервуаров используется резка взрывом. При этом способе применяются шнуровые кумулятивные заряды (взрывчатое вещество – гексоген).

Термическая разделительная резка основана на способности металла сгорать в струе технически чистого кислорода и удалении продуктов сгорания из полости реза. В зависимости от источника тепла, применяемого для резки, различают газовую резку, основанную на использовании тепла газового пла­мени, дуговую резку расплавлением с использованием тепла электрической дуги, обычно горящей между разрезаемым металлом и электродом, плазменно-дуговую резку (резку сжатой дугой) – особый вид дуговой резки, основанный на нагреве и удалении металла из полости реза направленным потоком плазмы.

Металл из полости реза в процессе термической резки удаляется:

• термическим способом за счет расплавления, сгорания и выдувания металла из полости реза;

• химическим способом за счет окисления металла, его превращения в окислы и шлаки, которые также удаляются из полости реза;

• механическим способом за счет механического действия струи газа, способствующей выталкиванию жидких и размягченных продуктов из полости реза.

При газовой резке одновременно действуют все три способа, при дуговой и плазменно-дуговой преимущественно термический и механический.