Тема 15. Сварка и резка металлов. Электродуговая сварка, применяемое оборудование.

Вопросы:

1. Сущность процесса сварки. Виды сварки и сварных соединений.

2. Металлургические процессы при сварке, сварочные напряжения и деформации, причины их появления и методы предупреждения.

3. Электродуговая сварка, сущность процесса, применяемое оборудование.

4. Электроды. Обмазка электродов, ее назначение.

1. Сваркой называют процесс получения не­разъемных соединений посредством установления меж­атомных связей между свариваемыми частями при их местном (общем) нагреве или пластическом деформиро­вании, а также при совместном действии того и другого.

Физическая сущность процесса сварки заключается в сближении соединяемых поверхностей на расстояние, в пределах которого начинают действовать силы меж­атомного сцепления. Для необходимого сближения со­единяемых поверхностей производят тепловое или меха­ническое воздействие на металл в зоне соединения.

К термическому классу (сварке плавлением) относятся следующие виды сварки: дуговая, электрошла­ковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, газовая, термитная. К термомеханическому классу относятся: контактная, газопрессовая, печная и др. К механическому классу (сварке давлением) относятся: холодная, взрывная, ультразвуковая, трением.

2. Металлургические процессы при сварке отличаются следующими особенностями: малым объемом расплав­ленного металла сварного шва, высокой температурой зоны сварки, непродолжительным нахождением металла в расплавленном состоянии, активным взаимодействием расплавленного металла с окружающей средой, быстрым отводом теплоты от расплавленного металла сварочной ванны в прилегающей к ней зоны твердого основного металла.

В процессе сварки происходит окисление металла за счет кислорода атмосферы, двуокиси углерода, паров воды, высших окислов. Окислы и газы, остающиеся в сварном шве, резко ухудшают его механические свой­ства.

На качество сварных соединений большое влияние оказывает содержание серы и фосфора. Сера, соединяясь с железом, образует сульфид железа FеS, который является причиной образования горячих трещин. Вредное влия­ние оказывает и фосфор, снижающий ударную вязкость металла шва.

В процессе сварки возникают внутренние напряжения в металле и изменения формы и размеров сварного изделия, называемые деформациями. К неиз­бежным причинам относятся: неравномерный нагрев; тепловая усадка шва; структурные изменения ме­талла шва и околошовной зоны и т. д. К сопутствующим причинам относятся: неправильный расчет конст­рукции сварных узлов (близкое расположение швов, их частое пересечение, неправильно выбранный тип соеди­нения и др.); применение устаревшей техники и техно­логии сварки (неверно выбраны способы наложения слоев и диаметр электрода, не соблюдаются режимы сварки и др.); низкая квалификация сварщика; наруше­ние геометрических размеров сварных швов. Для уменьшения сварочных деформаций имеют правильный порядок наложения сварных швов, а также применение термической обработки после сварки (отжиг, нормали­зация).

Сварное соединение — неразъемное соеди­нение, выполненное сваркой. Применяют следующие виды свар­ных соединений: стыковые, тавровые, угловые, внахлестку, прорезные, торцовые, с накладками и пробочные (рис. 45).

Сварной шов – участок сварного соединения, обра­зовавшийся в результате кристаллизации металла сва­рочной ванны. По расположению в пространстве сварные швы бывают: нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные.

Рис. 45. Классификация сварных соединений:

а – стыковые; б – тавровые; в – угловые; г – нахлесточные; д – прорезные;

е – торцовые; ж – с накладками; з – пробочные.

3. Дуговой сваркой называют сварку плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой, представляющей собой длительный устойчивый электрический разряд между двумя электродами в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Явление электрической дуги открыл В. В. Пет­ров в 1802 г. Русский инженер Н. Н. Бенардос в 1882 г. первым в мире применил электрическую дугу для свар­ки металлов угольным электродом на постоянном токе. В 1888 г. русским инженером Н. Г. Славяновым был разработан способ дуговой сварки металлическим элек­тродом.

Процесс зажигания дуги в боль­шинстве случаев включает три этапа: короткое замы­кание электрода на заготовку, отвод электрода на рас­стояние 3...6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда.

Сварочный пост для ручной дуговой свар­ки включает в себя:

1. Стол сварщика.

2.Источники питания сварочной дуги:

Сварочные трансформаторы – источники питания сварочной дуги переменного тока, понижающие напря­жение сети с 220, 380, 500 В до 60...80 В, необходимое для возбуждения дуги.

Осцилляторы – аппараты, которые применяют для питания сварочной дуги током высокой частоты (150…450 кГц) и высокого напряжения (2...8 тыс. В). Ток высокой частоты и высокого напряжения позволяет возбуждать дугу без касания электродом изделия и поддерживать ее без усилий. Создаваемое осциллятором высокое на­пряжение не опасно для человека ввиду малой электрической мощности осциллятора, которая не превышает 150 Вт.

Сварочные преобразователи служат для преобразования переменного тока в постоянный.

Сварочные агрегаты состоят из генератора постоян­ного тока и двигателя внутреннего сгорания, валы кото­рых соединены эластичной муфтой.

Сварочные выпрямители – агрегаты, которые с по­мощью полупроводниковых элементов преобразуют переменный ток в постоянный.

3. Электрододержатели – предназначены для зажима электрода и подвода к нему тока в процессе ручной дуговой сварки.

4. Сварочные щитки и шлемы применяют для защиты глаз и кожи лица сварщика от лучей сварочной дуги и брызг расплавленного металла.

5. Сварочные провода служат для подвода тока от ис­точника питания сварочной дуги к электрододержателю изделию.

Для зачистки сварочных швов и удаления шлака используют проволочные щетки, зубила и молотки. Инструментами сварщика являются также линейки, угольники, шаблоны и др.

4. Электроды для дуговой сварки можно разделить на две основные группы: плавящиеся и неплавящиеся. Неплавящиеся электродные стержни делают из воль­фрама, электротехнического угля или синтетического графита. Угольные и графитовые стержни изготовляют диаметром от 4 до 18 мм, длиной 250 и 700 мм. Графи­товые электроды имеют лучшую электропроводность и более стойки против окисления при высоких темпера­турах, чем угольные.

Плавящиеся электроды бывают стальные, чугунные, алюминиевые, медные и др. Их изготовляют из свароч­ных проволок. Преимущественное применение имеют стальные электроды, стержни которых делают из элек­тродной проволоки диаметром от 1,6 до 12 мм и длиной от 150 до 450 мм.

Металлические электроды подразделяют на голые и с покрытием. Голые электроды при ручной дуговой сварке не применяют. Покрытия электродов служат для повышения устойчивости горения дуги, защиты наплав­ленного металла от вредного действия кислорода и азо­та, для легирования металла сварного шва.