Вопрос 35

сварка — это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и/или пластическом деформировании.

Сварка применяется для соединения металлов и их сплавов, термопластов во всех областях производства и в медицине.

При сварке используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только в условиях промышленных предприятиях, но в полевых и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и т. п.), под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжен с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла.

Свариваемость — свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. В сварочной практике существуют такие понятия, как физическая и технологическая свариваемость.

Понятия свариваемости

Физическая свариваемость подразумевает возможность получения монолитных сварных соединений с химической связью. Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.

Технологическая свариваемость — это характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами. В этом случае свариваемость рассматривается как степень соответствия свойств сварных соединений одноименным свойствам основного металла или их нормативным значениям.

Сварка по сравнению с другими способами соединения обеспечивает следующие преимущества:

1. Экономию металла вследствие полного использования рабочих сечений элементов в соединительных узлах сварных конструкций; придания конструкциям более целесообразной формы в соответствии с действующими нагрузками; резкого уменьшения веса соединительных элементов в сварных узлах; применения более тонкостенных конструкций, отсутствия расхода металла на литники и прибыли, уменьшения брака и припусков на механическую обработку при замене литья сваркой.

В сварных, конструкциях вес металла сварных швов обычно составляет от 1 до 2%, в то время как в клепаных вес заклепок и косынок — не менее 4% от веса изделия. Сварка дает до 25% экономии металла по сравнению с клепкой, по сравнению с литьем экономия металла достигает: при замене стального литья сваркой до 25—30%, при замене чугунного литья сваркой стального проката— до 50-60%.

Использование сварки на строительстве зданий позволяет уменьшить вес стальных конструкций на 15%, облегчает изготовление и увеличивает жесткость всей конструкции. При сооружении доменных печей применение сварки вместо клепки позволяет экономить от 12 до 15% металла, в конструкциях стропильных ферм—10—20%, в конструкциях подъемных кранов -15—20%.

2. Сокращение сроков работ и уменьшение стоимости изготовления конструкций за счет снижения расхода металла и уменьшения трудоемкости работ. Так, например, постройке крупных доменных печей на металлургических заводах сварка кожуха печи из стальных листов, электрошлаковым способом осуществляется за 1/2 месяца. Сварка такого кожуха ручным способом занимает более месяца; а клепка — 7—9 месяцев.

Выгодно применять сварку при индивидуальном и мелкосерийном производстве, так как при этом можно обходиться более простыми и недорогими приспособлениями и технологической оснасткой.

3. Возможность изготовления изделий сложной формы путем сварки их из отдельных штампованных или литых элементов вместо ковки или отливки изделия в целом. Такие конструкции называются соответственно штампованными или сварнолитыми и широко применяются в автомобилестроении, самолётостроении, вагоностроении и других областях.

Применение таких конструкций дает экономию металла и трудозатрат. При помощи сварки можно изготовлять детали из металла, прошедшего различную предварительную обработку, например, сваривать прокатанные профили со штампованными, литыми или коваными заготовками. Можно сваривать и разнородные металлы: нержавеющие стали с углеродистыми, медь со сталью и др.

При изготовлении конструкций сложной формы использование сварки вместо ковки и литья дает большой экономический эффект. Например, производительность труда при изготовлении сварных конструкций в 2 раза выше, чем литых и кузнечно-штампованных, а условия труда значительно лучше. Капитальные вложения на тонну сварных конструкций в 1,5—2 раза меньше, а себестоимость в 1,3—1,6 раза ниже, чем в литейном производстве. Снижая вес, повышается надежность и долговечность изделий.

4.Удешевление технологического оборудования. Сварочное оборудование сравнительно несложно, относительно дешево и весьма высокопроизводительно. Это сокращает капитальные затраты на строительство металлообрабатывающих заводов и ускоряет их ввод в действие.

5. Облегчение, комплексной механизации массового производства однотипных сварных изделий, возможность создания поточного производства со 100%-ной механизацией и автоматизацией производственного цикла, что резко увеличивает съем продукции с единицы производственной площади цеха.

6. Возможность широкого использования в сварных конструкциях прогрессивных современных видов материалов: высокопрочных сталей, гнутых облегченных профилей, многослойного листового проката, легких сплавов, сверхчистых металлов и др.

7. Облегчение изготовления микроминиатюрных узлов и деталей в производстве некоторых видов изделий - полупроводниковых приборов и пр.

8. Возможность широкого использования сварки, наплавки и резки при ремонте, где эти способы обработки металла позволяют быстро и с наименьшими затратами восстанавливать изношенное, вышедшее из строя оборудование и разрушенные сооружения.

9. Герметичность и надежность сварных соединений.

10. Уменьшение производственного шума и улучшение условий труда в цехах.

На сегодняшний день широко применимы следующие виды сварки: кузнечная сварка, газопрессовая сварка, контактная сварка, термитная сварка, электрическая дуговая сварка, электрошлаковая сварка, дуговая сварка в среде защитного газа, атомноводродная сварка, газовая сварка. Основным преимуществом, которым обладает газопрессовая сварка, является ее высокая производительность. Она применяется при строительстве магистральных газопроводов и нефтепроводов, на железнодорожном транспорте и в машиностроении. При газопрессовой сварке нагреву ацетиленокислородным пламенем подвергаются контуры свариваемых деталей. В такой сварке используется многопламенная горелка. Металл достигает расплавленного или пластического состояния, после чего, свариваемые детали сжимаются по кромке. При контактной сварке детали включаются в электрическую цепь сварочной машины. Через них проходит электрический ток большой силы и низкого напряжения. В результате на месте стыка деталей выделяется большое количество тепловой энергии, которая и доводит их до расплавленного или пластического состояния. В зависимости от способа выполнения, контактная сварка подразделяется на точечную, стыковую и шовную. Если необходимо работать с листовыми конструкциями, для достижения прочных и не обязательно плотных соединений, используется точечная сварка. Если же необходимо добиться плотного и прочного соединения листовых конструкций, применяется роликовая сварка. С ее помощью изготавливают различные баки, резервуары и подобные им конструкции. Если же требуется соединить какие-либо стержни, трубы, рельсы, необходимо воспользоваться стыковой сваркой. Термитная сварка, в основе которой лежит использование металлической смеси, при горении выдающей температуру до 3000 С, называемой также термитом, используется в основном при сваривании рельсовых соединений, а также в судостроении. Результатом сгорания термита являются расплавленное железо и жидкий шлак, которым заливают свариваемые концы деталей. При термитной сварке давлением жидкий металл и шлак выливаются в форму, в которой установлены концы свариваемых деталей. Нагретые до пластического состояния стержни сжимаются специальным прессом и свариваются. Если используется термитная сварка плавлением, то свариваемые части заформовываются с зазором, величина которого зависит от размера сечения свариваемых концов. Этот зазор заполняется жидким металлом, давление же при этом не прикладывается. При дуговой электрической сварке тепло, необходимое для расплавления металла в месте сварки, выделяется электрической дугой, возникающей между электродом и основным металлом при пропускании через них электрического тока. Используется угольный или металлический электрод.