Материаловедение (куча курсачей) / сварка ШПОРА

83 РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ

По ГОСТ 19521—74 ручная дуговая сварка покр

ытыми электродами относится к термическому классу, а по традиционной классификации - к сварке плавлением.

Образование сварного соединения свариваемые металлы

Металл в зоне сварки нагревается и расплавляется под воздействием теплоты дуги, горящей меж­ду электродом и основным металлом (рис.1). В сварочной ванне расплавленные электродный и основ­ной металлы взаимно перемешиваются, растворяются и подвергаются металлургической обработке

(раскислению, легированию и рафинированию) жидким шлаком, который образуется при плавлении покрытия элек­трода. Так как шлак имеет меньшую плотность, чем металл, он всплывает на поверхность сварочной ванны. В процессе перемещения источника теплоты вдоль свариваемых кромок с той же скоростью и в том же направлении перемещается и сварочная ванна. Поскольку тепловой баланс в хвостовой части сварочной ванны отрицательный, жидкий металл ох­лаждаясь, кристаллизуется и в результате образуется свар­ной шов.

Технологический процесс ручной дуговой сварки со­стоит из следующих операций: 1) обработка свариваемых кромок; 2) очистка поверхностей свариваемых заготовок; 3) сборка; 4) прихватка; 5) сварка; 6) правка; 7) очистка швов от шлака, а рядом расположенных поверхностей сварной конструкции от закристаллизовавшихся брызг металла; 8) контроль качества сварной конструкции.

Для выполнения сварочной операции возбуждают дугу пси-касанием свободным от покрытия торцом электрода к

основному металлу и отрывом от него или выполнением иных движений, при которых периодически осуществляются короткие замыкания, приводящие к разогреву торца электрода и участка основного металла, контактирующего с ним. В результате развиваются эмиссия электронов и ионизация газов и паров в промежутке между электродом и основным металлом и загорается дуга. После возбуждения дуги сварщик выполняет два основных движения: подачу электрода в зону дуги по мере его расплав­ления и передвижение электрода, а следовательно, и дуги вдоль свариваемых кромок. Возможно также движение электрода с небольшими колебаниями поперек или вдоль свариваемых кромок. При ручной дуговой сварке швы накладываются во всех пространственных положениях: нижнем, вер­тикальном, потолочном. Наиболее высокое качество швов в нижнем положении. Этим способом сва­ривают стыковые, тавровые, угловые, нахлесточные и другие типы соединений.

Выбор режима сварки заключается в определении диаметра электрода и силы сварочного тока и зависит от толщины свариваемых элементов. Учитывается также состав свариваемого металла, поло­жение шва в пространстве и конструкция сварного соединения.

86 ХОЛОДНАЯ СВАРКА

Сварное соединение можно получить не только тогда, когда металл нагрет, но и при комнатных и отрицательных температурах.

Принцип холодной сварки состоит в следующем. Если сжать свариваемые детали с большим дав­лением, в зоне их контакта развивается направленная пластическая деформация, приводящая к разру­шению и удалению поверхностных оксидных и других пленок и измельчению зерен металла. В ре­зультате увеличивается площадь контакта, соединяемые поверхности активируются и сближаотся до межатомных расстояний. В таких условиях возникают межатомные силы сцепления, приводящие к образованию металлических связей, т. е. формируется сварное соединение.

Есть разновидность холодной сварки, основанная на сжатии свариваемых деталей с одновремен­ным тангенциальным их перемещением. При этом происходит более эффективное удаление оксидных и других пленок со свариваемых поверхностей и снижается сопротивление пластической деформации.

Холодной сваркой соединяют пластичные, в основном цветные металлы и сплавы. При сварке ма­териалов, имеющих недостаточную пластичность, напряжения и упругие деформации приводят к раз­рушению Соединения после снятия внешних сжимающих усилий.

Холодной сваркой можно выполнять нахлесточные и стыковые сварные соединения. Нахлесточ-ные соединения могут быть с прерывистыми и непрерывными швами. Перед сваркой соединяемые по­верхности тщательно очищаются от загрязнений, пленок оксидов и адсорбированных газов. Окон­чательная очистка выполняется снятием поверхностного слоя. Инструмент для этого также тщательно обезжиривается. К очищенным поверхностям нельзя прикасаться руками, так как их отпечатки приводят к непроварам.

Алюминий сваривают при давлении 500—1500 МПа, медь — до 2500 МПа, а медь с алюминием — при давлении 1400—2000 МПа.

Для холодной сварки промышленностью выпускается специализированное оборудование. Полуав­томатические машины МСХС-802, МСХС-2005, МСХС-12003 предназначены для стыковой холодной сварки алюминиевых, медных, алюминиевых с медными проводов и шин. На машине МХСА-50 алю­миниевые детали армируют медными накладками холодной точечной сваркой. Кроме того, возможно использование универсальных гидравлических и механических прессов, на которые устанавливаются средства технологического оснащения для холодной сварки.

Основное преимущество холодной сварки заключается в том, что в околошовной зоне отсутству­ют фазовые и структурные превращения, которые изменяют электропроводность металла. Этим спо­собом сваривают различные элементы электро- и радиотехнических устройств, выполняют сварку электропроводов из цветных металлов, оболочек кабелей, корпусов полупроводниковых и других приборов, а также армируют медью сопрягаемые элементы алюминиевых токоведущих шин.

93 АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

Сварка под флюсом — это дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, обеспечивающего защиту сварочной ванны от воздуха. Наряду с защитой флюс стабили­зирует дугу, обеспечивает раскисление, легирование и рафини­рование расплавленного металла сварочной ванны.

Процесс автоматический сварки под флюсом заключается в следующем: электродная проволока автоматически подается в зону сварки. Дуга горит между концом электрода 1 и изделием 6 под слоем сварочного флюса 4, подаваемого на изделие. Под действием теплоты, выделяемой сварочной дугой 5, плавятся электродная проволока и основной металл, а также часть флю­са, находящегося в зоне дуги. В области горения дуги образу­ется сварочная ванна 7, на поверхности которой присутствует расплавленный флюс. Расплавленный флюс всплывает на по­верхность расплавленного металла шва вследствие значительно меньшей плотности. Жидкий флюс препятствует разбрызгива­нию расплавленного металла и защищает его от воздействия вредных газов, находящихся в окружающей атмосфере (азота, кислорода, водорода). Также расплавленный флюс, обладая

низкой теплопроводностью, замедляет процесс охлаждения шва, что дает возможность шлаковым включениям и растворенным в металле газам подняться на поверхность ванны, чем способствует очи­щению металла шва от загрязнений. Не расплавленный в процессе сварки избыточный флюс пневма­тическим устройством отсасывают со шва и используют при последующей сварке. Расплавленная и затвердевшая часть флюса образует на шве толстую шлаковую корку 9. После прекращения сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва 8.

Преимуществами сварки под флюсом являются: высокая производительность благодаря примене­нию больших токов, большой глубине проплавления, а также почти полному отсутствию потерь ме­талла на угар и разбрызгивание; механизация процесса сварки; высокое качество сварных швов за счет хорошей защиты флюсом сварочной ванны от воздуха; улучшенные условия труда сварщиков. Недостатками сварки под флюсом являются возможность сварки только в нижнем положении (наклон до 15°), а также трудность применения в монтажных условиях.

Сварочные флюсы и проволоки. Сварочный флюс - неметаллический материал, расплав которого не­обходим для сварки и улучшения качества шва. По способу изготовления флюсы разделяют на плав­леные и неплавленые. Плавленые флюсы получают сплавлением их составляющих. Сплавленную мас­су после охлаждения подвергают дроблению на зерна требуемого размера. Неплавленые флюсы пред­ставляют собой механическую смесь порошкообразных и зернистых материалов. К ним относятся и керамические флюсы для дуговой сварки, получаемые перемешиванием порошкообразных материалов со связующим веществом.Плавленые флюсы имеют более высокие технологические свойства (защита, формирование, отделимость шлаковой корки и др.) и меньшая стоимость. В свою очередь кера­мические флюсы позволяют в более широких пределах легировать металл шва. В настоящее время преимущественно применяются плавленые флюсы. В состав флюсов в зависимости от марки могут входить следующие компоненты: марганцевая руда (МпО), кварцевый песок, плавиковый шпат (фто­рида кальция CaF2), CaO, MgO, Cr, Mo, Ti, A1 и т. д., которые защищают, очищают, легируют свароч­ный шов.

96 ГАЗОВАЯ СВАРКА

В зоне сварки основной и присадочный металл нагреваются до жидкого состояния за счет конвек­тивного теплообмена теплотой, которая выделяется в газовом пламени при сгорании горючего газа в

кислороде. Передвижение газового пламени относительно сва­риваемых поверхностей вызывает движение сварочной ванны в том же направлении. В ее хвостовой части металл охлаждается и кристаллизуется, что приводит к образованию сварного шва.

В качестве горючего газа наиболее широко применяется ацетилен. В ядре (рис.6) вследствие нагрева происходит час­тичная диссоциация ацетилена.

В средней зоне ацетилен сгорает в первичном кислороде, т. е. в кислороде, поступающем через мундштук горелки. Из ре­акции видно, что сгорание ацетилена в этой зоне неполное, выделяются восстановительные газы СО. В факеле происходит догорание СО во вторичном кислороде, т. е. в кислороде, по­ступающем из окружающего воздуха: С удалением от ядра со­держание СО и Н₂ уменьшается, а СО2, H2O и Ог возрастает. Наиболее высокая температура (3200° С) развивается в сред­ней зоне на расстоянии 2—4 мм от ядра. Средняя зона характе­ризуется не только максимальной температурой, но и восста­новительным характером газов (преобладают СО и Н₂). Поэтому именно за счет этой зоны осуществ­ляется нагрев металла. Среднюю зону называют также строчной (рабочей).

Если ацетилен и кислород подаются в равных объемах, пламя называется нормальным (восстанови­тельным). Однако вследствие того, что кислород имеет примеси и в нем частично сгорает водород, практически нормальное пламя образуется при несколько большем содержании кислорода, а именно при соотношении. Когда соотношение газов р<1,05, пламя называется науглероживающим. В этом случае контур ядра становится менее резким, пламя приоб­ретает красноватый оттенок, увеличивается содержа­ние копоти. В сварочной зоне появляется свободный углерод, и она становится науглероживающей. При соотношении газов р> 1,25 пламя называется окисли­тельным. Ядро такого пламени и само пламя сокра­щаются по длине и приобретают голубоватый оттенок. Сварочная зона при этом носит окислительный характер.

Получили распространение и другие горючие газы — заменители ацетилена: пропан, бутан, смеси га­зов, природные газы. Однако при их горении наблюдаются менее высокие температуры и меньше вы­деляется теплоты в сварочной зоне. Так, максимальная температура в зоне ацетиленокислородного пламени равна 3200° С, а при использовании газов-заменителей она составляет 2000— 2500° С. Чтобы повысить эффективность нагрева, необходимо осуществлять специальные мероприятия: предвари­тельно подогревать газ-заменитель ацетилена, увеличивать объем подаваемого газа

97 СВАРКА ТРЕНИЕМ

В процессе взаимного скольжения двух заготовок, прижатых одна к другой силой Fi, на поверхно­стях скольжения возникает сила трения Т, для преодоления которой прилагается равное ей, но проти­воположно направленное тангенциальное усилие F_T (рис. 6). Почти вся работа, совершаемая силами трения, превращается в теплоту в тонких слоях металла вблизи к трущимся поверхностям непосредст­венно в зоне сварки. После нагрева заготовок до пластического состояния резко прекращается трение и производится дополнительное сжатие их (осадка) силой F? с давлением, большим, чем при трении.

При этом развивается пластическая деформа­ция, которая приводит к измельчению зерен металла и к смятию поверхностных микровы­ступов.

Разрушение микровыступов происходит и в процессе трения. Имеющиеся на поверхно­стях оксидные пленки также разрушаются и выдавливаются из стыка. Указанные процессы приводят к тому, что со­прягаемые поверхности сближаются до меж­атомных расстояний, развивается физический контакт и образуются металлические связи между ювенильными (чистыми) поверхностя­ми.

При сварке трением получают равнопроч­ные основному металлу соединения низко- и среднеуглеродистых, низко- и среднелегированных, жа­ропрочных сталей. Хорошо свариваются стали этих классов в различных сочетаниях, быстрорежу­щие стали Р9 и Р18 со сталями 40 и 40Х, алюминий с его сплавами, медь, латунь и другие цветные металлы.

Этим способом выполняют стыковые и Т-образные сварные соединения. Заготовки сплошного сечения сваривают при диаметрах 2,5-110 мм, а трубы - до 400 мм. Режимы сварки: давление при нагреве 10 - 200 МПа, давление при осадке 20 - 400 МПа, частота вращения заготовки 300—3000 об/мин. Продолжительность нагрева 1 -100 с, длительность осадки 1 — 10 с.

Сварка трением обладает следующими достоинствами: можно соединять не только однородные, но и разнородные металлы и сплавы; достигается большая производительность труда; в сравнении со сты­ковой контактной сваркой обеспечивается значительная экономия электроэнергии, равномерно загру­жаются фазы питающей сети, благоприятные санитарно-гигиенические условия. Схема машины для осуществления сварки трением представлена на рис.8.

Сварка трением обладает следующими достоинствами: можно соединять не только однородные, но и разнородные металлы и сплавы; достигается большая производительность труда; в сравнении со стыковой контактной сваркой обеспечивается значительная экономия электроэнергии, равномерно за­гружаются фазы питающей сети, благоприятные санитарно-гигиенические условия.v