Причина образования деформаций и напряжений при сварке
Нагрев и плавление металла при сварке создают внутренние напряжения в металле и его деформацию, вызываемые следующими причинами:
1. неравномерным нагревом и распределением температур по сечению и длине сварного соединения;
2. литейной усадкой наплавленного металла;
3.структурными изменениями металла при охлаждении.
Эти сварочные напряжения и деформации являются собственными или остаточными напряжениями и деформациями металла, так как не зависят от приложения к нему внешних сил, а появляются в результате внутренних сил, возникших от сварки.
Нагрев стали при сварке резко снижает предел текучести, увеличивает удлинение, что вызывает необратимые пластические деформации и, как следствие, растягивающие и сжимающие напряжения в сварном соединении. Процесс этот идет непрерывно до окончания сварки соединения
Классификация сварочных деформаций. Сварные конструкции в результате появления упругопластических деформаций в сварных соединениях могут изменить свои размеры и претерпеть общие деформации. Последние могут быть продольными и поперечными, деформациями изгиба, скручивания и потери устойчивости.
В результате продольных и поперечных деформаций происходит сокращение элементов по длине и ширине. Эти деформации образуются при симметричной укладке сварных швов.
Деформации изгиба образуются при несимметричном расположении сварных швов в конструкциях и сопровождаются продольным сокращением элементов — продольной усадкой швов и поперечным сокращением — поперечной усадкой швов. Этот вид деформации в практике встречается довольно часто.
Деформации скручивания образуются вследствие несимметричного расположения швов в поперечных сечениях элементов и встречаются относительно редко.
Деформации потери устойчивости вызываются сжимающими напряжениями, которые образуются в процессе нагревания и остывания изделий.
Собственные напряжения.
Отличительные особенности пайки от сварки
Пайка — технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал (материалы) соединяемых деталей.
Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение.
Прочность соединения во многом зависит от зазора между соединяемыми деталями (от 0,03 до 2 мм), чистоты поверхности и равномерности нагрева элементов. Для удаления оксидной плёнки и защиты от влияния атмосферы применяют флюсы.
Флюс (пайка) — вещества (чаще смесь) органического и неорганического происхождения, предназначенные для удаления окислов с поверхности под пайку, снижения поверхностного натяжения, улучшения растекания жидкого припоя и/или защиты от действия окружающей среды. В зависимости от технологии флюс может использоваться в виде жидкости, пасты или порошка. Существуют также паяльные пасты, содержащие частицы припоя вместе с флюсом, иногда трубка из припоя содержит внутри флюс-заполнитель.
Отличие пайки от сварки состоит в том, что в момент сварки плавятся соединяемые концы деталей (изделий), а при пайке расплавляется только припой. В пайке делаются преимущественно швы внахлестку, что приводит к увеличению расхода металла. Прочность соединения зависит от величины нахлеста. Выделяют два вида пайки: низкотемпературную (используется припой с температурой плавления ниже 550 °С) и высокотемпературную (температура плавления припоя выше 550 °С). В первом случае работа осуществляется электропаяльниками и газовоздушными горелками, во втором — горелками, работающими на смеси ацетилена с бутаном или пропана с кислородом. Низкотемпературная пайка предполагает использование оловянисто-свинцовых припоев, высокотемпературная — медно-фосфористых (для меди, латуни, бронзы), медно-цинковых (для никеля, стали, чугуна) и серебряных (для черных и цветных металлов, кроме алюминия и цинка). В любой пайке применяются флюсы (канифоль, флюсы с хлоридами металлов, флюсы на основе буры, с щелочными металлами, порошкообразные и др.).Процесс пайки состоит из следующих этапов: предварительная очистка деталей, их лужение, соединение деталей (между ними должно быть расстояние 1-2 мм), обработка флюсом, пайка. Соединенные детали должны остывать естественным путем.
Достигается:
Ювенильность – за счет флюса, зачистки, вакуума и т.д.
Активация – за счет нагрева и воздействия флюса.
Сближение – за счет жидкого припоя.
3. Сварка – это термодинамический процесс получения монолитного соединения в результате сближения активированных внешней энергией ювенильных поверхностей свариваемых кромок на межатомное расстояние.
Три необходимых условия образования сварного соединения:
Ювенильность поверхностей свариваемых кромок; (т.е. обеспечить поверхность, свободную от других инородных атомов
Сближение 2-х соединяемых деталей на межатомное расстояние;
Активация атомов свариваемых кромок.(т.е. необходимо ввести энергию, необходимую для преодоления межатомного барьера)