2.3 Сварные соединения

2.3.1 Общие сведения

Сварные соединения – неразъемные соединения, основанные на использовании сил молекулярного сцепления и получаемые путем местного нагрева деталей до расплавленного состояния (сварка электродуговая, электрошлаковая и др.) или до пластичного состояния, но с применением механической силы (контактная сварка, сварка ковкой).

Сварное соединение является наиболее совершенным неразъемным соединением. Проще технология подготовительных операций. Сам процесс сварки производительнее и экономичнее клепки. Допускает широкое применение автоматизации, малошумен, обеспечивает герметичность соединения. Позволяет создавать изделия сложной формы и практически неограниченных размеров. Прочность сварных соединений приближается к прочности деталей из целого металла. Освоена сварка всех конструкционных сталей, цветных сплавов, пластмасс.

2.3.2 Типы сварки:

Наиболее распространенные типы сварки:

• электродуговая – ручная, полуавтоматическая, автоматическая; в среде защитных газов, под флюсом, обмазанными электродами (наиболее перспективна – автоматическая, для длинных швов и в массовом производстве);

• электрошлаковая (в шлаковой ванне; для сварки массивных деталей);

• контактная – точечная, шовная (меньшее количество теплоты; широко применяется в серийном и массовом производстве);

• газовая (низкое качество шва из-за пор);

• сварка давлением – кузнечно-прессовая и трением (преимущественно для тел вращения);

Специальные виды сварки:

• диффузионная (соединяет разнородные материалы, минимальное изменение свойств соединения по сравнению со свойствами основных материалов);

• электронно-лучевая и лазерная (меньшее количество теплоты из-за его высокой концентрации, узкая зона проплавления, малые деформации; позволяет делать сварку закаленных деталей);

• радиочастотная (производительный способ, преимущественно для сварки тонких труб);

• ультразвуковая (в приборостроении, для деталей малой толщины из однородных и разнородных металлов);

• сварка взрывом (преимущественно для нанесения покрытий);

• плазменная (высокая производительность; кроме сварки применяется для резки).

Весьма эффективны наплавки, повышающие износостойкость в 3…10 раз. Возможна наплавка слоя практически любого металла или сплава на заготовку из обычной конструкционной стали. Широко применяют восстановительные наплавки (клапаны автомобильных двигателей и дизелей, лемехи, бандажи ж/д колес, прокатные валки).

2.3.3 Достоинства сварных соединений:

1. Невысокая стоимость соединения вследствие малой трудоемкости и простоты конструкции сварного шва.

2. Относительно малая стоимость оборудования.

3. Возможность автоматизации процесса сварки.

4. Возможность получения герметичных соединений.

Недостатки сварных соединений:

1. Нестабильность качества шва, зависящая от квалификации сварщика. Этот недостаток существенно уменьшается благодаря применению автоматической сварки.

2. Трудность контроля качества сварного шва.

3. Сильное термическое влияние, в результате – остаточные внутренние напряжения, коробление.

4. Невысокая прочность шва, особенно при переменных режимах нагружения. Снижение прочности металла сварного шва и околошовной зоны происходит за счет изменения структуры металла (укрупнение зерна, повышение хрупкости), выгорания легирующих элементов. Коэффициент прочности шва по сравнению с основным металлом – 0,9-1,0, при недостаточно совершенной технологии сварки (ручная дуговая) – от 0,8 и ниже. Коэффициент прочности можно повысить путем надлежащего подбора электродов и флюса, строгим соблюдением технологии сварки.

5. Большое влияние оказывает концентрация напряжений, обусловленная выпуклой формой шва. Она особенно сказывается при растяжении и срезе. Для уменьшения концентрации напряжений усиление шва снимают с плавным переходом к основному металлу или выполняют шов вогнутой формы.

Для повышения сопротивления усталости соединений сварные швы обрабатывают:

• Термически (отжиг) – для снятия термических остаточных напряжений;

• Упругопластическим деформированием – путем обдувки дробью, прокатки роликом или ультразвуковой виброобработкой для повышения прочности поверхностного слоя, сглаживания микронеровностей (повышения качества поверхности и снижения концентрации напряжений).