Технологія зварювання(2, 3 к) (1)

Б. В. СМАЖИЛО Р. В. КОТЕНКО

ТЕХНОЛОГІЯ ЗВАРЮВАННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ СУДНОВИХ КОНСТРУКЦІЙ

ОДЕСА 2016

3

Конспект лекцій розроблено доцентом кафедри «Технологія матеріалів» ОНМУ Смажило Богданом Васильовичем, старшим викладачем кафедри «Технологія матеріалів» ОНМУ Котенко Русланом Віталійовичем.

Інструкція розглянута і схвалена на засіданні кафедри «Технологія матеріалів» 25.02. 2014 (протокол № 7)

4

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Зварюванням називається процес отримання з'єднання твердих матеріалів шляхом їх міцного сплавления або спільного пластичного деформування, в результаті чого виникають міцні зв'язки між атомами зварюваних матеріалів.

Залежно від форми енергії, використовуваної для утворення зварного з'єднання, зварювальні процеси діляться на три класи: термічний, термо механічний і механічний.

До термічного класу належать такі види зварювання, які здійснюються плавленням з викокористуванням теплової енергії. До цього класу відносятся : дугова, електрошлакова, електронно-променева, плазмова, іонно-променева, тліючим розрядом, світлова, індукційна, газова, термітна і ливарна .

До термомеханічної класу зварювання відносять такі види зварювання, які здійснюються з використуванням теплової енергії та тиску, а саме: контактна, дифузійна, індукційно-пресова, газопрессова та інші.

До механічного класу зварювання відносяться такі види зварювання, які застосовуються з використанням механічної енергії і тиску: холодна, вибухом, ультразвукова, тертям і магнітно-імпульсна.

Дугове зварювання

Дугове зварювання відноситься до зварювання плавленням. Воно засновано на використанні теплової енергії електричної дуги, що має високу температуру.

При цьому виді зварювання, плавлення основного і присадочного металу здійснюється електричною дугою, що горить між електродом і зварювальним металом. Розплавлений основний і присадний метал (електрод або дріт) утворюють зварювальну ванну. У результаті кристалізації металу зварювальної ванни утворюється зварний шов.

Для одержання повного сплавления зварювальних кромок, якщо неможливо проплавити зварювані листи за один прохід, кромки перед складанням під зварювання скошують , тобто роблять оброблення.

Ручне дугове зварювання електродом, що плавиться

Зварювальні деталі нагріваються електричною дугою, що горить між ними і електродом. Дуга розплавлює кромки деталей і електрод, при переміщені дуги вздовж кромок утворюється зварний шов. Використовують таке зварювання для виготовлення парових котлів, магістральних і технологічних трубопроводів високого тиску, в суднобудуванні, вагонобудуванні, будівельних конструкцій, при будівництві житловиих і промислових будівель.

5

Ручне дугове зварювання неплавким електродом

Зварювальні деталі нагріваються дугою, яка горить між ними, і вугільним графітовим або вольфрамовим електродом. Для утворення шва в зону дуги вводять присадний дріт. Відбортоване з'єднання з тонкого металу можна зварювати без присадного дроту. Застосовують такий вид зварювання у виробництві конденсаторів, бочок для перевезення паливно-мастильних матеріалів, корпусів генераторів і стартерів для автомобілів, для наплавлення твердих сплавів, при монтажу алюмінієвих шин великих перетинів.

Електрошлакове зварювання

Плавлення зварюваного і присадочного металів здійснюється за допомогою тепла, яке виділяється при проходженні електричного струму через розплавлений шлак в момент процесу зварювання.

Уперший момент зварювання виникає дуга, яка, розплавивши невелику кількість флюсу, шунтується, тобто припиняється горіння дуги і починаєтся проходження струму через розплавлений шлак.

Узазор між розташованими вертикально зварюваними деталями подається флюс і електродний дріт. Електричний струм, проходячи через рідкий шлак, виділяє велику кількість тепла, достатнього для розплавлення електродного дроту, метала кромок з'єднуюмих деталей та формування зварного шва. Рідкий метал утримується у ванні притиснутими до деталей повзунками, які переміщуються разом зі зварювальним апаратом по краях деталей.

Електрошлакове зварювання розрізняють по виду електрода, наявності коливань електроду, кількістю електродів із загальним підведенням зварювального струму.

6

По виду електрода електрошлакове зварювання ділиться на зварювання дротяним, пластинчатим електродом і плавким мундштуком.

За наявністю коливань електроду, без коливань і з коливаннями електрода.

За кількістю електродів із загальним підведенням зварювального струму; одноелектродні, двухелектродні і багатоелектродні .

Цей вид зварювання застосовують для з'єднання деталей великої товщини. Замість дроту може бути використаний пластинчастий електрод. Застосовують також при виконанні стикових швів у виробах товщиною більше 50 мм; при зварюванні барабанів, котлів високого тиску.

Рисунок 3 – Схема електрошлакового зварювання 1 - повзун; 2 – зварювані деталі; 3 – електродниї дріт; 4 – флюс; 5 – шлак;

6 – зварний шов

Дугове зварювання в захисних газах

Дугове зварювання в захисних газах виконується електричною дугою плавкими і неплавкими електродами. При зварюванні неплавким електродом шов формується за рахунок подачі в зону дуги присадочного дроту або в результаті розплавлення відбортованних кромок деталей. Як захисні використовуються активні (вуглекислий газ, азот, водень) або інертні (аргон і гелій) гази.

Воно застосовується при зварюванні високолегованих сталей, кольорових металів та їх сплавів, при виготовлеленні силових конструкцій літаків, вимірювальних приладів та ін.

7

Електронно-променеве зварювання

Цей вид зварювання виконується в спеціальних камерах. Тепло виходить за рахунок бомбардування поверхні металу електронами, що мають великі швидкості, анодом є зварювана деталь , а катодом вольфрамова спіраль.

Газове зварювання

Газове зварювання засноване на плавленні зварювального і присадочного металів високотемпературним газокисневим полум'ям.

Як пальне для згоряння в кисні застосовуються ацетилен, водень, пропанбутанова суміш, пари газу і бензину, природний та інші гази.

Плазмове зварювання

Цей вид зварювання заснований на проходженні електричного струму великої щільності через газове середовище, що знаходиться під деяким тиском, в результаті чого газ, отримує іонізований стан, який називається плазмою. Температура плазменого струменя сягає 3000 ° С.

Плазмове зварювання може виконуватися з поперечними, поздовжніми і складними коливаннями плазмового струменя, а також без коливань плазмового струменя.

Рисунок 4 – Плазмові пальники (плазмотрони) непрямої та прямої дії 1 – вольфрамовий електрод; 2 – ізоляційна втулка; 3 – сопло; 4 – стиснена дуга;

5 – заготовка.

Контактне зварювання

При контактному зварюванні місце з'єднання нагрівається та розплавляється теплом, що виділяється при проходженні електричного струму через контакт в місці зварюваня деталей. При додаванні в цьому місці стискуючого зусилля утворюється зварне з'єднання. За формою зварного з'єднання розрізняють точкове, шовне, стикове, рельєфне контактне

8

зварювання. Точкове зварювання, в свою чергу поділяється на одно, двох і багатоточкове.

Стикове зварювання по характеру протікання процесу ділиться на зварювання з переривним і непереривним, оплавлювальним і зварювання опором.

Контактне зварювання може виконуватися постійним, змінним і пульсуючим струмом. По виду джерела енергії контактне зварювання підрозділяється на конденсаторну, акумуляторну, енергією накопичення в магнітному полі і в моторгенераторної системі.

2

3

Рисунок 5 – Схеми контактного зварювання: а – стикового; б – точкового; в – шовного.

1 – зварюванні заготовки; 2 – нерухомий струмопровід; 3 – рухомий струмопровід; 4 – зварювальний струмопровід.

Термітне зварювання

Сутність термітного зварювання у тому, що зварювані деталі розміщують у вогнестійкій формі, а у встановлений тигель зверху засипають терміт (порошкоподібну суміш алюмінію із залізною окалиною). При горінні терміта розвивається висока температура (більше 20000C), утворюється рідкий металл, який при заповненні форми оплавляє кромки зварюваних виробів, заповнює зазор, утворюючи зварний шов.

Світлове зварювання

Світлове зварювання по виду джерела світла поділяється на сонячну, лазерну і штучні джерела світла. У практиці поки в основному знаходить застосування тільки лазерне зварювання. Цей вид зварювання заснований на застосуванні спеціального світлового променя, використовують особливі установки, звані лазерами.

9

Дифузійне зварювання

Дифузійне зварювання здійснюється за рахунок взаємодії дифузії атомів контактуючих частин при відносно тривалому впливі підвищеної температури і незначною пластичною деформаціею.

Газопрессове зварювання

Газопресове зварювання засновано на нагріванні кінців стрижнів або труб по всій довжині кола багатовимірними пальниками до пластичного стану або плавлення і подальшого здавлювання стержнів зовнішнім зусиллям.

Ультразвукове зварювання

Ультразвукове зварювання засноване на спільному впливі на зварювальні деталі механічних коливань ультразвукової частоти і невеликих стискуючих зусиль.

Зварювання тертям

При обертанні одного зі стрижнів і контакті його торця з торцем закріпленого стрижня кінці стрижнів розігріваються і з наданням зусилля зварюються.

Холодне зварювання

Холодне зварювання засновано на здатності зростаня кристалів металу при значному тиску.

Індукційно - пресове зварювання

Цей вид зварювання заснований на розігріві струмами високої частоти з'єднуваних стержнів або труб до пластичного стану з наступним приложеням осьових зусиль для отримання нероз'ємного з'єднання.

ЕЛЕКТРИЧНА ДУГА

Електричні властивості дуги

Електрична дуга є одним з видів електричного розряду в газах, що супроводжується сильним виділенням тепла і випромінюванням.

Для виникнення дугового розряду необхідно, щоб повітря, яке є в звичайних умовах непровідником струму, став би провідником. Для цього повітряний проміж між електродами повинен бути іонізований, тобто заповнений іонами і вільними електронами.

Іони і вільні електрони, які потрапляють в електричне поле, приходять в рух. Негативні іони і вільні електрони пересуваються до позитивного полюса, а позитивні іони - до негативного полюса. Коли в проміжку між електродами є іони і вільні електрони, цей простір перебуває в стані іонізації. При наявності електричного поля в іонізованому повітряному проміжку з'являється електричний струм.

10

Уповітрі кількість іонів і електронів дуже незначна. У металах завжди є деяка кількість вільних електронів, які обумовлюють провідність металів.

Електрони, що знаходяться поблизу поверхні електрода, випробовують тяжіння позитивних іонів, що знаходяться в металі поряд з вільними електронами. Вільні електрони знаходяться весь час у русі.

Випускання електронів з поверхні електродів, тобто емісіся електронів, може відбуватися за рахунок термоелектронної емісії, автоелектронної емісії, фотоелектронної емісії та емісії внаслідок ударів позитивних іонів по поверхні негативного електрода (катода).

При термоелектронній емісії енергія, необхідна для виривання електронів, виходить за рахунок нагрівання електродів. Із збільшенням температури металу енергія руху свободних електронів (не пов'язаних з орбітами атомів) зростає. При високій температурі металу електрони набувають достатню кінетичну енергію, щоб подолати притяжіння позитивних іонів і вилетіти назовні в межелектродний простір.

При автоелектронній емісії енергія, необхідна для виходу електронів, надається електричним полем, яке з'являється при з'єднанні електродів з джерелом електричної енергії.

Фотоелектронна емісія полягає в тому, що електрони отримують необхідну енергію для виходу з електрода за рахунок квантів випромінювання світла.

Емісія в результаті ударів іонів по катоду виникає в тих випадках, коли енергія іонів, що знаходяться в електричній дузі і ударяється з катодом, виявляється достатньою для виходу електронів.

Процес збудження дуги починається при зіткненні електродів (коротке замикання). Внаслідок великого омічного опору в місці контакту, електроди і повітряний проміж між ними сильно розігріваються.

З негативного електрода починають вилітати електрони, які, стикаючись з молекулами і атомами повітря, вибивають з них електрони і утворюють, таким чином, іони і вільні електрони повітря. Повітря між електродами стає провідником струму. Негативні іони і вільні електрони вдаряються об анод (позитивний електрод), а позитивні іони об катод (негативний електрод). В результаті зіткнення їх кінетична енергія перетворюєтся в теплову і підтримує високу температуру катода і анода. Емісія електронів продовжується до тих пір, поки горить дуга.

Умомент запалювання дуги потрібна підвищена напруга між електродами для надання їм більшої кінетичної енергії і, таким чином, посиленої іонізації газу (повітря). Надалі, коли повітряний проміжок нагрітий і іонізований, напруга, потрібна для горіння дуги стає нижчою.

Іонізація газів в дузі відбувається наступним чином. При отриманні атомом або молекулою газу деякої кількості додаткової енергії вони збуджуються. Збудження показує, що електрон перейшов з однієї орбіти на іншу, більш віддалену від ядра атома. Кількість енергії (виражене в електрон –