Раздел V

СВАРКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Глава I

Общие сведения

§ 1. Сущность процесса сварки.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений твёрдых материалов, который осуществляется за счёт использования межмолекулярных и межатомных сил сцепления.

Сварка широко применяется в современном машиностроении, строительстве для соединения металлов и их сплавов между собой и с неметаллическими материалами (керамикой, стеклом), а также для соединения пластмасс. Сварка является высокопроизводительным и экономически выгодным процессом обработки материалов.

Суть процесса соединения материалов путём сварки заключается в сближении соединяемых поверхностей на расстояние, в пределах которого начинают действовать силы межатомного сцепления. Это расстояние имеет порядок нескольких ангстрем (Аº=10^-8 см). Современные способы сварки для необходимого сближения поверхностей соединяемых деталей предусматривает тепловое и механическое воздействие на металл в зоне соединения.

§ 2. Классификация способов сварки.

В настоящее время насчитывается несколько десятков способов сварки и их разновидностей. Все они могут классифицироваться по двум признакам:

1. по методу объединения соединяемых поверхностей;

2. по виду применяемой энергии.

По первому признаку все сварочные процессы можно разделить на способы сварки плавлением и способы сварки давлением.

При сварке плавлениемпроизводится расплавление кромок сварива­емых заготовок и присадочного материала для заполнения зазора между ними. Повышенная подвижность атомов материала в жидком состоянии приводит к объединению деталей в результате образования общей сварочной ванны. После затвердевания сварочной ванны и возникновения сварного шва образуется прочное соединение.

К способам сварки плавлением относится:

1. дуговая сварка (ручная, автоматическая под флюсом, газоэлектрическая и дуговой плазмой);

2. электрошлаковая;

3. электроннолучевая;

4. газовая;

5. термитная.

При сварке давлениемсоединение заготовок осуществляется путём совместной пластической деформации соединяемых поверхностей. Пластическая деформация осуществляется за счет приложения внешнего уси­лия. При этом металл в зоне соединения нагревают с целью повышения пластичности. В процессе деформации происходит снятие неровностей, разрушение окисных плёнок, в результате чего обеспечивается полный контакт между заготовками. Возникновение межатомных связей в этих условиях приводит к прочному соединению деталей.

К способам сварки давлением относится:

1. контактная;

2. индукционная;

3. диффузионная;

4. ультразвуковая;

5. газопрессовая;

6. сварка трением;

7. холодная сварка.

По виду применяемой энергии сварка может быть:

1. электрической (все виды дуговой сварки, электрошлаковая, контак­тная);

2. химической (газовая и термитная);

3. механической (кузнечная, холодная, трением, взрывом и ультра­звуком);

4. лучевой (электроннолучевая, лазерным и солнечным лучом).

Глава II Электрическая дуговая сварка

§ 1. Понятие об электрической дуге и характеристика основных способов сварки.

Источником теплотыпри дуговой сварке являются электрическая дуга, которая горит между двумя электродами, при этом одним электродом является свариваемая заготовка.

Сварочная дуга– это мощный электрический разряд в ионизированной газовой среде, который сопровождается выделением значительного коли­чества тепла и света.

Процесс зажигания дугипри сварке состоит из 3-х периодов:

1. короткое замыкание электрода на заготовку;

2. отвод электрода на расстояние 3…6 мм;

3. возникновение устойчивого дугового разряда.

Короткое замыканиепроизводится с целью разогрева торца электрода и основного металла в зоне контакта с электродом. После отвода электрода с его разогретого торца , являющегося катодом, под действием электрического поля начинается эмиссия электронов. Столкновение быстродвижущихся по направлению к аноду электронов с молекулами газов и атомами паров металлов приводит к их ионизации. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него начинается разряд эл. тока. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда.

Электрическая дуга является концентрированным источником теплоты с очень высокой температурой. Температура столбадуги достигает 6000ºС, а температура анодного и катодного пятен – 2000…3000ºС.

Однако не вся мощность дуги полностью расходуется на нагрев и расплавление электрода и основного материала, часть её теряется в результате теплоотдачи в окружающую среду. Так при ручной дуговой свар­ке потери мощности составляют 20%, примерно 30% мощности идет на нагрев и расплавление электрода, а остальные 50% расходуются на нагрев и расплавление основного материала.

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

1. сварка неплавящимся электродом(способ Бенардоса) или вольф­- рамовым. Соединение осуществляется либо путём расплавления только одного основного металла, либо с применением присадочного материала.

2. сварка плавящимся электродом(способ Славянова). Электрод подается в сварочную дугу, расплавляется и наполняет сварочную ванну жидким металлом.

3. сварка дугой косвенного действия. Дуга горит между двумя плавя­щимися или неплавящимися электродами, основной металл нагре­вается и плавится теплом, излучаемым столбом дуги.

4. сварка трёхфазной дугой. Два электрода и деталь подключены к разным фазам трёхфазного тока. Дуга возникает между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.