Розділ V

ЗВАРЮВАННЯ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Глава I

Загальні відомості

§ 1. Сутність процесу зварювання.

Зварюванням називається технологічний процес одержання нероз'ємних з'єднань твердих матеріалів, що здійснюється за рахунок використання міжмолекулярних і міжатомних сил зчеплення.

Зварювання широко застосовується в сучасному машинобудуванні, будівництві для з'єднання металів й їхніх сплавів між собою й з неметалічними матеріалами (керамікою, склом), а також для з'єднання пластмас. Зварювання є високопродуктивним й економічно вигідним процесом обробки матеріалів.

Суть процесу з'єднання матеріалів шляхом зварювання полягає в зближенні поверхонь, що з'єднують, на відстань, у межах якого починають діяти сили міжатомного зчеплення. Ця відстань має порядок декількох ангстрем (Аº=10^-8 см). Сучасні способи зварювання для необхідного зближення поверхонь деталей, що з'єднують, передбачає тепловий і механічний вплив на метал у зоні з'єднання.

§ 2. Класифікація способів зварювання.

У цей час налічується кілька десятків способів зварювання і їхніх різновидів. Всі вони можуть класифікуватися по двом ознакам:

1. по методу об'єднання поверхонь, що з'єднують;

2. по виду застосовуваної енергії.

По першій ознаці всі зварювальні процеси можна розділити на способи зварювання плавленням і способи зварювання тиском.

При зварюванні плавленням проводиться розплавлювання крайок заготівель, які зварюють, і присадочного матеріалу для заповнення зазору між ними. Підвищена рухливість атомів матеріалу в рідкому стані приводить до об'єднання деталей у результаті утворення загальної зварювальної ванни. Після затвердіння зварювальної ванни й виникнення звареного шва утвориться міцне з'єднання.

До способів зварювання плавленням відноситься:

1. дугове зварювання (ручна, автоматична під флюсом, газоелектрична й дуговою плазмою);

2. електрошлакова;

3. електронопроменева;

4. газова;

5. термітна.

При зварюванні тиском з'єднання заготівель здійснюється шляхом спільної пластичної деформації поверхонь, що з'єднують. Пластична деформація здійснюється за рахунок додатка зовнішнього зусилля. При цьому метал у зоні з'єднання нагрівають із метою підвищення пластичності. У процесі деформації відбувається зняття нерівностей, руйнування окісних плівок, у результаті чого забезпечується повний контакт між заготівлями. Виникнення міжатомних зв'язків у цих умовах приводить до міцного з'єднання деталей.

К способам зварювання тиском відносяться:

1. контактна;

2. індукційна;

3. дифузійна;

4. ультразвукова;

5. газопресова;

6. зварювання тертям;

7. холодне зварювання.

По виду застосовуваної енергії зварювання може бути:

1. електричним (всі види дугового зварювання, електрошлакового, контактного);

2. хімічним (газова й термітна);

3. механічним (ковальським, холодним, тертям, вибухом й ультразвуком);

4. променевим (електронопроменева, лазерним і сонячним променем).

Глава II Електричне дугове зварювання

§ 1. Поняття про електричну дугу й характеристика основних способів зварювання.

Джерелом теплоти при дуговому зварюванні є електрична дуга, що горить між двома електродами, при цьому одним електродом є заготовка, що зварюється.

Зварювальна дуга – це потужний електричний розряд в іонізованому газовому середовищі, що супроводжується виділенням значної кількості тепла й світла.

Процес запалювання дуги при зварюванні складається з 3-х періодів:

1. коротке замикання електрода на заготівлю;

2. відвід електрода на відстань 3...6 мм;

3. виникнення стійкого дугового розряду.

Коротке замикання виробляється з метою розігріву торця електрода й основного металу в зоні контакту з електродом. Після відводу електрода з його розігрітого торця , що є катодом, під дією електричного поля починається емісія електронів. Зіткнення в напрямку до анода електронів, що швидко рухаються, з молекулами газів й атомами пар металів приводить до їхньої іонізації. У результаті дуговий проміжок стає електропровідним і через нього починається розряд ел. струму. Процес запалювання дуги закінчується виникненням стійкого дугового розряду.

Електрична дуга є концентрованим джерелом теплоти з дуже високою температурою. Температура стовпа дуги досягає 6000ºС, а температура анодної й катодної плям - 2000...3000 ºС.

Однак не вся потужність дуги повністю витрачається на нагрівання й розплавлювання електрода й основного матеріалу, частина її губиться в результаті тепловіддачі в навколишнє середовище. Так при ручному дуговому зварюванні втрати потужності становлять 20%, приблизно 30% потужності йде на нагрівання й розплавлювання електрода, а інші 50% витрачаються на нагрівання й розплавлювання основного матеріалу.

Залежно від матеріалу й кількості електродів, а також від способу включення електродів і заготівлі в ланцюг електричного струму розрізняють наступні способи дугового зварювання:

1. зварювання електродом, що не плавиться (спосіб Бенардоса) або­ вольфрамовим. З'єднання здійснюється або шляхом розплавлювання тільки одного основного металу, або із застосуванням присадочного матеріалу.

2. варіння електродом, що плавиться (спосіб Славянова). Електрод подається у зварювальну дугу, розплавляється й наповнює зварювальну ванну рідким металом.

3. зварювання дугою непрямої дії. Дуга горить між двома електродами, що плавляться або не плавляться, основний метал нагрівається й плавиться теплом, випромінюваним стовпом дуги.

4. зварювання трифазною дугою. Два електроди й деталь підключені до різних фаз трифазного струму. Дуга виникає між електродами, а також між кожним електродом й основним металом.