Сварка - наиболее экономичный и эффективный способ неразъемного соединения металлов, при котором две или более металлические детали становятся единым целым. Важность процесса сварки переоценить очень сложно, так как во многих развитых странах более половины созданного ВВП так или иначе связано с его использованием. Сварка считается одним из важнейших процессов в производстве, она, как ни один другой процесс, требует применения знаний в различных областях науки.

Существует большое разнообразие технологий создания сварного соединения, некоторые связаны с нагревом, другие не требуют высоких температур. Сварка применяется абсолютно везде: на производствах, в мастерских, гаражах, под водой и в космосе. Почти каждый предмет и механизм, используемый в повседневной жизни изготовлен с применением сварочного оборудования. Будь то кофейник, автомобиль или топливо для него, добытое при помощи сваренного бура, меняющие облик современного мира мосты и небоскребы - все это лишь малая часть вещей немыслимых без сварки.

Сварка помогает существовать и эффективно работать целым индустриям. Невозможно представить современное строительство без кранов, агропромышленный комплекс без тракторов и комбайнов, добывающую промышленность без трубопроводов и железных дорог, транспорт без грузовиков, кораблей и самолетов и т.д.

Современные технологии интенсивно проникают в сварочное дело, оборудование совершенствуется, его вес и габариты уменьшаются, аппараты оснащаются процессорами и позволяют делать работу качественнее и быстрее. 21 столетие открывает неплохие перспективы для сварки, она считается по прежнему проверенным способом соединения металлов, позволяющим добиваться отличного качества соединений при сравнительно низкой цене, а современные исследования и разработки лишь дополняют ее, позволяя выводить технологии сварки на качественно новый уровень.

Иметь аппарат дома для проведения небольших работ становится распространенным явлением не только среди сварщиков профессионалов, но и среди людей, которым нравится работать своими руками. Все чаще люди искусства используют сварку при создании скульптур, инсталляций и прочих арт-объектов. Этот процесс перестал быть доступным только на производствах и в промышленности, современный рынок предлагает огромное количество моделей бытового и полупрофессионального оборудования.

Область применения сварки огромна, процесс включает в себя множество технологий и способов, каждый из которых позволяет решать поставленные задачи наиболее эффективно. Мы с радостью поможем выбрать оптимальное решение для каждого конкретного случая, порекомендуем подходящее , продумаем комплектацию, осуществим быструю доставку - просто свяжитесь с нашими специалистами.

В наше время, когда очень часто необходимо получить неразъемные соединения, применяется сварка. Что такое сварка? Однозначно ответить на этот вопрос достаточно сложно.

Сварка используется для ремонта сложного промышленного оборудования, теплотрасс, а также нередко применяется для бытовых нужд.

Неразъемные соединения самых разных конструкций, когда применяется общий нагрев, называются сваркой. Деталь получает пластическую деформацию благодаря возникновению межатомных связей. Варить можно:

• металлические детали;
• керамику;
• стекло;
• пластмассу.

Сегодня известно несколько видов сварки, когда происходит плавление металла:

• дуговая;
• электрошлаковая;
• электронно-лучевая;
• плазменная;
• лазерная;
• газовая.

Сварка плавлением, когда происходит нагрев заготовок и их деформация, подразделяются на контактную, высокочастотную и газопрессовую. Кроме того, сварка плавлением имеет качественные результаты работы.

При деформации без нагрева применяется:

• холодная сварка;
• взрыв;
• диффузионное соединение с использованием вакуума.

Источник питания влияет на сварочный процесс. Он может быть:

• дуговым;
• газовым;
• электронно-лучевым.

Применение защитных материалов требует использования других методов сварки:

• с использованием флюса;
• в зоне защитного газа;
• в вакууме.

В зависимости от примененной механизации сварка бывает:

• ручной;
• полуавтоматической;
• автоматической.

Рассмотрим основные виды сварки плавлением.

Ручная технология

В настоящее время ЭДС стала основой при выполнении . Теория сварки в первую очередь изучает ЭДС. Источником тепла становится электрическая дуга, образованная двумя электродами, причем один из них — свариваемая деталь. Электрической дуге можно дать определение как сильнейшему разряду, произошедшему в газовой зоне.

Для того чтобы произошло зажигание дуги, необходимо наличие нескольких критериев:

• короткое замыкание, когда электрод касается заготовки;
• быстрый отвод электрода;
• появление устойчивого горения.

Короткое замыкание требуется для разогрева электрода. Он должен достичь температуры, когда возникает эмиссия электронов.

Образовавшиеся электроны получают сильнейшее ускорение, появляется ионизация газового зазора между анодом и катодом. В результате дуговой разряд получает устойчивое горение.

Электрическая дуга — это мощный источник тепла, достигающий температуры 6000°. В это время максимальное значение сварочного тока равно 3 кА. Напряжение дуги во время работы может достигать 50 В.

Чаще всего используется ЭДС с покрытыми электродами. Ручная сварка, когда применяются такие электроды, предназначена для:

• газовой защиты жидкого металла от попадания окружающего воздуха;
• легирования.

Вернуться к оглавлению

Сварка с использованием флюса

Широкое применение нашла , когда используется плавящийся электрод, а операция происходит под слоем специального флюса.

Его насыпают на деталь, толщина слоя при этом достигает 50 мм. Таким образом предотвращается горение дуги в воздушном пространстве. Образуется газовый пузырь, который находится под жидким флюсом, где происходит горение дуги, полностью изолированной от прямого контакта с кислородом.

Когда выполняется автоматическая сварка, не происходит разбрызгивания раскаленного металла, не нарушается форма шва, причем даже при подаче большого тока. Когда варятся детали с применением флюса, регулируется сила тока, устанавливается максимальный ток 1200 А. Когда варятся детали открытой дугой, достичь такого значения невозможно.

Сварка с флюсом позволяет увеличить сварочный ток. Причем сохраняется отличное качество шва, наблюдается высокая производительность. Для такой сварки необходимо иметь чистую электродную проволоку, подачу которой производит сварочная головка. Она медленно вращается, а проволока в это время двигается вдоль шва.

В сварочную головку по специальной трубке непосредственно в район шва подается зернистый флюс. Он плавится и равномерно закрывает шов. Получается твердая шлаковая корочка.

Основные отличия автоматической сварки, использующей флюс, от дуговой ручной:

• отличное качество шва;
• повышенная производительность;
• величина слоя флюса;
• мощность тока;
• автоматическая выдержка нужной длины дуги.

Вернуться к оглавлению

Сварка с применением шлака

Этот вид электрошлаковой методики считается абсолютно новой технологией соединения металлов. Он был изобретен и полностью разработан учеными института имени Патона.

При работе все заготовки закрываются шлаком, температура нагрева которого выше температуры плавления заготовки, а также электродной проволоки.

Сначала процесс повторяет операции аналогично использованию флюса. Когда образуется жидкий шлак, полностью гасится дуга. Края изделия начинают оплавляться благодаря теплу, которое выделяется, когда ток пропускается через расплав. Этим видом можно сваривать заготовки большой толщины, причем вполне достаточно одного прохода.

Вариант отличается высокой производительностью и отличным качеством шва.

Вернуться к оглавлению

Индукционная сварка

Этот вид сварки считается новым способом, который стал применяться несколько лет назад. Обычно таким методом варятся продольные швы, когда изготавливаются трубы при непрерывной подаче. Этот метод применяется для:

• наплавки твердых сплавов;
• изготовления режущего инструмента.

Металл в этом случае начинает нагреваться за счет использования тока высокой частоты и сильного сдавливания. Индукционная сварка совершается бесконтактно. Локализация токов высокой частоты происходит рядом с поверхностью нагреваемых деталей.

Работа этих установок совершается в следующем порядке. Ток от высокочастотного генератора передается индуктору. В заготовке начинают появляться вихревые токи, происходит сильный нагрев трубы.

Такие станы предназначены для сварки труб, максимальный диаметр которых достигает 60 мм. Скорость обработки равна 50 м/мин. Ламповый генератор мощностью 260 кВт обеспечивает питание. Используется частота 880 кГц.

Можно варить трубы и очень больших диаметров, толщина стенки которых превышает 7 мм. Максимальный диаметр трубы 426 мм, скорость сварки — 30 м/мин.

Сварка - процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.

Для осуществления сварки необходимо сблизить кромки соединяемых частей и создать условия, необходимые для того, чтобы между ними начали действовать межатомные связи.

Важное преимущество сварки - возможность выбора наиболее рациональной конструкции и формы изделия. Сварка позволяет экономно использовать металлы и значительно снизить отходы производства. Например, при замене клепаных конструкций сварными экономия материалов в среднем составляет 15-20%, а при замене литых - около 50%. Трудоемкость сварочных работ меньше, чем при клепке и литье.

Сварные соединения по прочности, как правило, не уступают прочности того металла, из которого сделаны изделия. Сварные конструкции хорошо работают при знакопеременных и динамических нагрузках, при высоких температурах и давлениях. При этом условия труда при сварке с точки зрения как гигиены, так и безопасности значительно лучше, чем при клепке и особенно при литье.

Классификация способов сварки.

Конечно, свариваемые поверхности неоднородны, имеют макро- и микронеровности, окисные пленки, загрязнения, поэтому для сварки необходимо приложить внешнюю энергию. В зависимости от вида энергии различают три вида сварки:

термический;

термомеханический;

механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением, то есть местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии: дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, термитная и др.

Дуговая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев осуществляют электрической дугой. Особым видом дуговой сварки является плазменная сварка, при которой нагрев осуществляют сжатой дугой.

Газовая сварка - сварка плавлением, при которой кромки соединяемых частей нагревают пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки.

Электрошлаковая сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева металла используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

Электронно-лучевая сварка - сварка, в которой для нагрева используют энергию электронного луча. Теплота выделяется за счет бомбардировки зоны сварки направленным электронным потоком.

Лазерная сварка - осуществлятся энергией светового луча, полученного от оптического квантового генератора (лазера).

При термитной сварке используют теплоту, образующуюся в результате сжигания термит-порошка, состоящего из смеси алюминия и оксида железа.

К термомеханическому классу относят виды сварки, при которых одновременно используются тепловая энергия и давление: контактная, диффузионная, газопрессовая, дугопрессовая и др.

Основным видом термомеханического класса является контактная сварка - нагрев осуществляется теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части.

Диффузионная сварка - сварка давлением, осуществляемая взаимной диффузией атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации.

В прессовых видах сварки соединяемые части могут нагреваться пламенем газов, сжигаемых на выходе сварочной горелки (газопрессовая сварка), дугой (дугопрессовая сварка), электрошлаковым процессом (шлакопрессовая сварка), индукционным нагревом (индукционнопрессовая сварка) и термитом (термитнопрессовая сварка).

К механическому классу относят виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и др.

Холодная сварка - сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых деталей.

Сварка взрывом - сварка, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударения быстро движущихся частей.

Ультразвуковая сварка - сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний.

Сварка трением - сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызываемым вращением свариваемых частей друг относительно друга.

Ручная дуговая сварка. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения.

Дуговая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги. Ручная дуговая сварка производится двумя способами: неплавящимся и плавящимся электродом. Первый способ используется иногда при сварке цветных металлов и их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов; второй способ - основной.

Из-за шероховатостей поверхности электрода касание его происходит в отдельных выступающих участках, которые расплавляются мгновенно под действием теплоты и образуют жидкую металлическую перемычку между основным металлом и электродом. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, ее сечение уменьшается, электрическое сопротивление и температура - возрастают.

Когда температура расплавленного металла (перемычки) достигает температуры кипения, пары металла ионизируются, и в этих парах возникает дуга. Возникновение дуги - это доли секунды. Во время зажигания дуги происходит ионизация дугового промежутка, то есть процесс возникновения электронов (-) и ионов (+); одновременно происходит и процесс рекомбинации (обратный процесс - возвращение заряженных частиц в нейтральное состояние). При этом происходит выделение электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.

Основные зоны дуги:

Напряжение дуги = сумма напряжений катодной области, столба и анодной области. Общее напряжение - 14-28 В.

Преимущества ручной дуговой сварки:

1) возможность сварки в любых пространственных положениях;

2) возможность сварки в местах с ограниченным доступом;

3) сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому;

возможность сварки самых различных сталей благодаря широкому выбору выпускаемых марок электродов;

большая скорость, малая зона температурного влияния, малое коробление;

6) простота и транспортабельность сварочного оборудования.

Недостатки ручной дуговой сварки:

1) низкие КПД и производительность по сравнению с другими технологиями сварки;

качество соединений (в том числе неоднородность шва) во многом зависит от квалификации сварщика;

3) вредные условия процесса сварки.

Область применения ручной дуговой сварки широка: метод используется во всех отраслях промышленности для различного рода конструкций из черных и частично цветных металлов.

Сварка под слоем флюса. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом - один из основных способов выполнения сварочных работ в промышленности и строительстве. Обладая рядом важных преимуществ, она существенно изменила технологию изготовления сварных изделий, таких, как стальные конструкции, трубы большого диаметра, котлы, корпуса судов. Вследствие изменения технологии изготовления произошли изменения и самих сварных конструкций: широко применяются сварно-литые и сварно-кованые изделия, дающие огромную экономию металла и труда.

Механизация движений электрода позволила автоматизировать процесс сварки. Для получения качественных сварных швов взамен электродных покрытий применяют гранулированное вещество, называемое флюсом.

Автоматическая сварка под флюсом производится с помощью автоматической установки (сварочная головка или сварочный трактор). Эта установка подает электродную проволоку и флюс в зону сварки, перемещает дугу вдоль свариваемого шва и поддерживает стабильное ее горение.

Принципиальная схема автоматической сварки под флюсом:

Электродная проволока 3 с помощью ведущего 5 и нажимного 4 роликов подается в зону сварки. Кромки свариваемого изделия 7 в зоне сварки покрываются слоем флюса, подаваемого из бункера 1. Толщина слоя флюса составляет ~ 30-50 мм. Сварочный ток подводится от источника тока к электроду через токоподводящий мундштук 6, находящийся на небольшом расстоянии (40-60 мм) от конца электродной проволоки. Благодаря этому при автоматической сварке можно применять большие сварочные токи. Дуга 11 возбуждается между свариваемым изделием и электродной проволокой. При горении дуги образуется ванна расплавленного металла 10, закрытая сверху расплавленным шлаком 9 и оставшимся нерасплавленным флюсом 8. Нерасплавившийся флюс отсасывается шлангом 2 обратно в бункер. Пары и газы, образующиеся в зоне дуги, создают вокруг дуги замкнутую газовую полость 12. Некоторое избыточное давление, возникающее при термическом расширении газов, оттесняет жидкий металл в сторону, противоположную направлению сварки. У основания дуги (в кратере) сохраняется лишь тонкий слой металла. В таких условиях обеспечивается глубокий провар основного металла. Так как дуга горит в газовой полости, закрытой расплавленным шлаком, то значительно уменьшаются потери теплоты и металла на угар и разбрызгивание.

По мере перемещения дуги вдоль разделки шва наплавленный металл остывает и образует сварной шов. Жидкий шлак, имея более низкую температуру плавления, чем металл, затвердевает несколько позже, замедляя охлаждение металла шва. Продолжительное пребывание металла шва в расплавленном состоянии и медленное остывание способствуют выходу на поверхность всех неметаллических включений и газов, получению чистого, плотного и однородного по химическому составу металла шва.

Таким образом, автоматическая сварка под флюсом имеет следующие основные преимущества перед ручной сваркой:

высокая производительность, превышающая производительность ручной сварки в 5-10 раз (она обеспечивается применением больших токов, более концентрированным и полным использованием теплоты в закрытой зоне дуги, снижением трудоемкости за счет автоматизации процесса сварки);

высокое качество сварного шва вследствие хорошей защиты металла сварочной ванны расплавленным шлаком от кислорода и азота воздуха, легирования металла шва, увеличения плотности металла при медленном охлаждении под слоем застывшего шлака;

экономия электродного металла при значительном снижении потерь на угар, разбрызгивание металла и огарки (при ручной сварке эти потери достигают 20-30%, а при автоматической сварке под флюсом они не превышают 2-5%);

экономия электроэнергии за счет более полного использования теплоты дуги (затраты электроэнергии при автоматической сварке уменьшаются на 30-40%).

Кроме этих преимуществ, следует отметить, что при автоматической сварке условия труда значительно лучше, чем при ручной сварке: дуга закрыта слоем шлака и флюса, выделение вредных газов и пыли значительно снижено, нет необходимости в защите глаз и кожи лица сварщика от излучения дуги, а для вытяжки газов достаточно естественной вытяжной вентиляции. К квалификации оператора автоматической сварочной установки предъявляются менее высокие требования.

Однако автоматическая сварка имеет и недостатки: ограниченная маневренность сварочных автоматов, и сварка выполняется главным образом в нижнем положении.

Кроме того, требования к подготовке кромок и сборке изделия под автоматическую сварку более высокие, чем при ручной сварке. Свариваемые кромки перед сборкой должны быть тщательно очищены от ржавчины, грязи, масла, влаги и шлаков. Это особенно важно при больших скоростях сварки, когда различные загрязнения, попадая в зону дуги, приводят к образованию пор, раковин и неметаллических включений.

Сварка в среде защитных газов. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения.

Сварка в защитном газе является одним из способов дуговой сварки. При этом в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования.

Известны следующие разновидности сварки в защитном газе: в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в углекислом газе. В практике наиболее широкое применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Инертный газ гелий применяется очень редко ввиду его большой стоимости.

Углекислый газ применяется при сварке низкоуглеродистых и некоторых конструкционных и специальных сталей. Углекислый газ не имеет цвета и запаха; получают его из газообразных продуктов сгорания антрацита или кокса, при обжиге известняка. Сварочная углекислота выпускается двух сортов: высшего - чистотой 99,8% и первого - чистотой 99,5%. Для уменьшения окислительного действия свободного кислорода применяют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганца, кремния). При этом получается беспористый шов с хорошими механическими свойствами.

Сварка в защитном газе может осуществляться плавящимся или неплавящимся электродом; вручную, автоматически и полуавтоматически.

Неплавящиеся электроды служат только для возбуждения и поддержания горения дуги. Для заполнения разделки кромок в зону дуги вводят присадочный металл в виде прутков или проволоки. Применяются неплавящиеся электроды: вольфрамовые, угольные и графитовые. Плавящиеся электроды применяют в виде сварочной проволоки, изготовленной по определенному ГОСТу или из металла, по химическому составу сходного со свариваемым металлом.

Ручная сварка применяется при соединении кромок изделий толщиной до 25-30 мм и при выполнении коротких и криволинейных швов. Полуавтоматическая и автоматическая сварка применяется при массовом производстве сварных конструкций с прямолинейными швами.

Преимущества сварки в защитном газе:

сварка возможна в любых положениях;

хорошая защита зоны сварки от воздействия кислорода и азота воздуха;

хорошие механические качества сварного шва;

высокая производительность, достигающая при ручной сварке 50-60 м/ч, а при автоматической - 200 м/ч;

отсутствие необходимости применения флюсов и последующей очистки шва от шлаков;

возможность наблюдения за процессом формирования сварного шва;

малая зона термического влияния;

возможность полной автоматизации сварки.

Аргонодуговая сварка: аргон не вступает во взаимодействие с расплавленным металлом сварочной ванны и предохраняет его от воздействия кислорода и азота воздуха; аргон применяется при сварке ответственных сварных швов и при сварке высоколегированных сталей, титана, алюминия, магния и их сплавов.

Аргонодуговая сварка неплавящимся или плавящимся электродом производится на постоянном и переменном токе. Установка для ручной сварки постоянным током (а - неплавящимся электродом, б - плавящейся электродной проволокой) состоит из сварочного генератора постоянного тока (или сварочного выпрямителя) 1, балластного реостата 2, газоэлектрической горелки 3, баллона с газом, редуктора и контрольных приборов (амперметра, вольтметра и расходомера газа).

При аргонодуговой сварке постоянным током неплавящимся электродом используют прямую полярность. Дуга горит устойчиво, обеспечивая хорошее формирование шва. При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом применяется постоянный ток обратной полярности, при котором обеспечивается высокая производительность.

Электрошлаковая сварка. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения.

Электрошлаковая сварка является самым высокопроизводительным способом автоматической сварки металла значительной толщины.

При электрошлаковой сварки энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, образуется за счет теплоты, выделяемой при плавлении шлака.

Схема электрошлаковой сварки:

Перед началом сварки между кромками засыпается печной флюс и возбуждается электродуга (между плавящимся электродом и изделием). Флюс расплавляется дугой с образованием шлаковой ванны определенных размеров. В шлаковой ванне дуга гаснет. Ток, подводимый к электроду, проходит через шлаковую ванну и нагревает ее до температуры выше температуры плавления (около 2000 градусов). Шлак расплавляет электрод и кромки основания металла. Расплавленный металла стекает вниз, образуя сварочную ванну под шлаковой ванной. Формирование шва происходит за счет перемещающихся водоохлаждаемых медных ползунов. В конце шва некачественный металла отрезается и удаляется.

Применяя электрошлаковую сварку несколькими электродными проволоками или электродами в виде ленты, можно сваривать кромки изделия практически любой толщины.

Важным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки швов сложной конфигурации, при этом электродная проволока подается через плавящийся мундшук, форма которого соответствует форме свариваемого шва. Мундштук плавится вместе с электродной проволокой, заполняя свариваемый шов металлом.

Качество металла шва получается значительно выше, чем при автоматической сварке под флюсом. Это объясняется постоянным наличием над металлом шва жидкой фазы металла и нагретого шлака, что способствует более полному удалению газов и неметаллических включений. Резко снижается влияние на качество шва влажности флюса, ржавчины и различных загрязнений свариваемых кромок изделия. Трудоемкость операций по подготовке изделия под сварку снижается за счет исключения работ по разделке и подготовке кромок к сварке. Кромки обрезают кислородной резкой под прямым углом к поверхности свариваемых листов. Удельный расход электроэнергии, флюса и электродной проволоки сокращается, так как процесс протекает в замкнутой системе при небольшом количестве флюса и полном использовании электродного металла. Увеличенный вылет электродной проволоки и значительные плотности тока обеспечивают высокую производительность наплавки, достигающую 27 кг/ч, в то время как при автоматической сварке под флюсом она составляет 12 кг/ч, а при ручной - только 2 кг/ч. Расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла уменьшается вдвое, а расход флюса - в 20-30 раз по сравнению с автоматической сваркой под флюсом.

Производительность электрошлаковой сварки превышает производительность автоматической сварки под флюсом в 7-10 раз, а при большой толщине свариваемых кромок она в 15-20 раз выше производительности многослойной автоматической сварки. Постепенный подогрев свариваемых кромок и замедленный нагрев околошовной зоны уменьшают возможность образования в ней закалочных структур. Поэтому при электрошлаковой сварке самозакаливающихся сталей образование закалочных трещин менее вероятно. Освоение электрошлаковой сварки позволило заменить громоздкие и тяжелые цельнолитые и цельнокованые станины и корпуса более легкими и компактными сварно-литыми и сварно-коваными.

Электрошлаковой сваркой можно выполнять не только стыковые, но и тавровые, угловые и кольцевые соединения.

Основные типы сварных соединений.

Сварное соединение - это неразъемное соединение, выполненное сваркой.

Пять типов сварных соединений:

Классификация сварных швов.

Шов - это участок сварного соединения, образующийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации (или же в сочетании кристаллизации и деформации).

П
о внешнему виду швы подразделяются на:

1) выпуклые (усиленные);

2) нормальные;

3) вогнутые (ослабленные).

В
ыпуклые сварные швы лучше работают при статических (постоянных) нагрузках, однако они неэкономичны. Нормальные и вогнутые швы лучше подходят при динамических и знакопеременных нагрузках.

По выполнению сварные швы могут быть односторонними и двусторонними.

По назначению сварные швы бывают:

1) прочные;

2) плотные (герметичные);

3) прочно-плотные.

В зависимости от условий работы сварного изделия швы делятся на:

1) рабочие, предназначенные непосредственно для нагрузок;

2) нерабочие (связующие или соединительные), используемые только для соединения частей сварного изделия.

Условное обозначение сварных швов на чертежах.

Шов сварного соединения, независимо от способа сварки, условно изображают:

1) видимый - сплошной основной линией (рис. а, в);

2) невидимый - штриховой линией (рис. г);

Видимую одиночную сварную точку, не зависимо от способа сварки, условно изображают знаком «+» (рис. б), который выполняют сплошными сплошными линиями (рис. 2).

(а) (б) (в)

(г)

Невидимые одиночные точки не изображают.

От изображения шва или одиночной точки проводят линию-выноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой. Линию-выноску предпочтительно проводить от видимого шва.

На изображение сечения многопроходного шва допускается наносить контуры отдельных проходов, при этом их необходимо обозначить прописными буквами русского алфавита:

Шов, размеры конструктивных элементов которого стандартами не установлены (нестандартный шов), изображаются с указанием размеров конструктивных элементов, необходимых для выполнения шва по данному чертежу (границы шва изображают сплошными основными линиями, а конструктивные элементы кромок в границах шва - сплошными тонкими линиями):

В
спомогательные знаки для обозначения сварных швов:

П
римеры условных обозначений швов сварных соединений:

10. Строение сварочной дуги.

Сварочная дуга - это мощный устойчивый электрический разряд, который характеризуется высокой температурой и повышенной плотностью тока. Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с основным металлом.

Катод (верхняя часть) излучает электроны, они поступают в столб дуги, но излучаются они не всей поверхностью, а катодными пятнами (с огромной скоростью меняется место катодного пятна). Положительные ионы попадают на катод, нейтрализуются и тормозятся с выделением большого количества теплоты, приводящей к нагреву катодного пятна и плавлению электрода. Падение напряжения в катодной области составляет 10-20 В. Длина катодной области - 10(-4)(-5) степени см. В катодной области создаются два потока: отрицательных электронов и положительных ионов.

Столб дуги - это ионизированный газ, содержащий атомы, молекулы, свободные электроны, положительные и отрицательные ионы. Такой газ называется плазмой. Плазменный газ дуги считается электрически нейтральным: в каждом сечении столба дуги одновременно находится равное число положительно и отрицательно заряженных частиц. В столбе дуги идут два взаимноуравновешенных процесса - ионизация и рекомбинация. Температура столба дуги - 6000-7000 градусов.

В анодной области направленный поток электронов идет к анодному пятну. На поверхности анодного пятна нейтрализуется и тормозится с выделением большого количества тепловой энергии, что приводит к сильному нагреву анодного пятна и плавлению основного металла. Падение напряжения в анодной области - 4-6 В. Длина анодной области - 10(-3)(-4) степени см.

Общая длина дуги складывается из трех областей (длины катодной, анодной и дуги). Длина дуги: 2-4 мм (короткая дуга), 4-6 мм (нормальная дуга) и больше 6 мм (длинная дуга). Ну да, сварка - это искусство.

Напряжение дуги = сумма напряжений катодной области, столба и анодной области. Общее напряжение - 14-28 В.

А
льтернативная (простая) схема сварочной дуги:

11. Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги.

Режим горения дуги определяется двумя параметрами:

2) током сварки.

При установившемся процессе горения напряжение дуги зависит в основном от ее длины.

UД = a + b·ld,

где а - постоянный коэффициент, который по своей физической сущности составляет сумму напряжений в катодной и анодной области (В);

b - среднее удельное падение напряжения, отнесенное к 1 мм столба дуги (В*мм);

ld - длина дуги (мм).

Значения коэффициентов зависят от тока сварки, от состава покрытия электрода, от свойств основного металла.

Cтатическая вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ) - это зависимость между напряжением дуги и током сварки при установившемся режиме.

В общем случае статическая характеристика дуги имеет три участка: падающая ветвь, горизонтальная (жесткая) ветвь, возрастающая ветвь. Первая и вторая области соответствуют ручной дуговой сварке (РДС).

12. Влияние на дугу магнитных полей и ферромагнитных масс.

Столб дуги является гибким проводником электрического тока, вокруг которого образуется осесимметричное магнитное поле (собственное магнитное поле дуги). Магнитное поле создает направленность дуги, способствует более устойчивому горению.

Но положение столба дуги может изменяться под действием внешних магнитных сил. Такое явление называется магнитным дутьем. Под действием магнитного дутья дуга может отклоняться, перемещаться, изменять форму; при этом может увеличиваться разбрызгивание металла, ухудшаться качество шва. Причинами такого явления могут быть: неблагоприятная форма изделия, наличие ферромагнитных масс вблизи зоны сварки, место подвода тока к изделию, неправильный наклон электрода и все такое.

Рассмотрим несколько примеров, показывающих воздействие внешнего магнитного поля на сварочную дугу.

Если вокруг дуги создано симметричное магнитное поле, то дуга не отклоняется, так как созданное поле оказывает симметричное действие на столб дуги.

Если на столб сварочной дуги действует несимметричное магнитное поле, которое создается током, протекающим в изделии, то столб дуги при этом будет отклоняться в сторону, противоположную токоподводу.

Сильным фактором, действующим на отклонение дуги, являются ферромагнитные массы: массивные сварные изделия (ферромагнитные массы) имеют большую магнитную проницаемость, чем воздух, а магнитные силовые линии всегда стремятся пройти по той среде, которая имеет меньшее сопротивление, поэтому дуговой разряд, р
асположенный ближе к ферромагнитной массе, всегда отклоняется в ее сторону.

а - в сторону массивной детали; б - при выполнении углового шва;

в - при выполнении стыкового шва в разделку, г - при выполнении стыкового шва.

Влияние магнитных полей и ферромагнитных масс можно устранить изменением места токоподвода, угла наклона электрода, временным размещением ферромагнитного материала для создания симметричного поля и заменой постоянного тока переменным.

Что такое сварка.

Сваркой

называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.

Определение сварки относится к металлам и неметаллическим материалам (пластмассы, стекло, резина и т д.).

Свойства материала определяются ею внутренним строением - структурой атомов. Все металлы в твердом состоянии являются телами с кристаллической структурой. Аморфные тела (стекло и др) имеют хаотическое расположение атомов. Для соединения свариваемых частей в одно целое нужно их элементарные частицы (ионы, атомы) сблизить насколько что6ы между ними начали действовать межатомные связи, что и достигается местным пластическим деформированием.

В зависимости от условий, при которых осуществляется сваривание (образование межатомных связей) частиц металла, различают сварку плавлением и сварку давлением.

Сущность сварки плавлением состоит в том, что металл по кромкам свариваемых деталей 1 и 2 подвергается плавлению от нагрева сильным концентрированным источником тепла: электрической дугой, газовым пламенем, химической реакцией, расплавленным шлаком, энергией электронного луча, плазмой, энергией лазерного луча. Во всех этих случаях образующийся от нагрева жидкий металл одной кромки самопроизвольно соединяется с жидким металлом другой кромки. Создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После застывания металла сварочной ванны получается металл шва. Металл шва может образоваться только за счет переправления металла по кромкам или дополнительного присадочного металла, введенного в сварочную ванну.

Зона частично оплавившихся зерен металла на границе кромки свариваемой детали и шва называется зоной плавления; в этой зоне достигается межатомная связь. При этом металл шва тесно соприкасается с металлом свариваемых частей, а загрязнения, находившиеся на поверхностях свариваемых частей, всплывают наружу образуя шлак.

Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла в месте соединения под действием силы Р. Находящиеся на соединяемых поверхностях различные загрязнения вытесняют наружу, а поверхности свариваемых частей будут чистыми, ровными и сближенными по всему сечению на расстояние атомного сцепления, Зона, в которой установилась межатомная связь, называется зоной соединения. Ширина зоны соединения измеряется десятками микрон.

Пластическую деформацию кромок деталей осуществить легче, если нагревать место соединения. Источником тепла (при сварке с местным нагревом) служит электрический ток, газовое пламя, химическая реакция, механическое трение; при сварке с общим нагревом - кузнечный горн, нагревательная печь.
Процесс сварки делят на три класса : термический, термомеханический и механический.

Термический класс объединяет виды сварки, осуществляемые плавлением металла.

Термомеханический класс виды сварки, осуществляемые давлением с использованием тепловой энергии. К механическому классу относятся виды сварки, выполняемые давлением с использованием тепловой энергии. К механическому классу относятся виды сварки, выполняемые давлением с дополнительной механической энергией.

Сварка по виду применяемой энергии подразделяется на следующие основные виды

:
. Давлением с общим нагревом: кузнечная, прокаткой, выдавливанием;
. Давлением с местным нагревом: контактная, индукционно - прессовая, термитно - прессовая, газопрессовая, диффузионная, дуго - прессовая;
. Давлением без нагрева металла внешним источником тепла: ультразвуковая, холодная, трением, взрывом, магнитноимпульсная;
. Плавлением: дуговая, газовая, термитная, электрошлаковая, электронно- лучевая, лазерным лучом, плазменная.

Сварочный процесс формирует неразъемное соединение различных частей каких-либо металлов за счет образования новых межатомных связей.

Он заключается в создании локального или повсеместного прогрева, пластической деформации, или одновременного действия обоих факторов. Современные сварочные технологии представлены почти сотней видов автоматизированной и ручной сварки.

Имеются три разновидности или типа сварки. По методу получения энергии соединения ее делят на термическую, термомеханическую и механическую.

К термической сварке причисляют процессы с использованием электрической дуги, газа, плазмы и других источников теплового излучения. Именно благодаря ему происходит нагрев и сварка.

В термомеханических видах кроме тепловой энергии применяют давление для получения неразрывного соединения.

В механической теплоту получают за счет трения, давления, ультразвука или взрыва.

Виды сварочных работ многообразны и их классификация производится по разным критериям. Классификация идет по способу , по непрерывности процесса сварки, степени механизации, используемым газам. Кроме этого имеются технологические признаки, которые индивидуальны для каждого вида сварки.

Виды сварных соединений подробно описаны в ГОСТ (государственных стандартах). Кроме этого имеется большое количество ГОСТ описывающих виды сваривания, способы контроля сварных швов, меры безопасности при производстве сварочных работ.

Термическое сваривание материалов

Термические процессы основываются на плавлении соединяемых деталей за счет тепловой энергии. Выделяю несколько видов термической сварки:

• электродуговая (в среде защитных газов, под флюсом и прочие);
• электрошлаковая;
• электронно-лучевая и лучевая (лазерная);
• плазменная;
• газовая;
• термитная.

Самое широкое применение получила . Но и другие виды востребованы в различных современных сферах производства и в бытовых условия.

Расплавление электрической дугой

Электродуговой вид сварки работает за счет выделения энергии в дуге из-за того, что сопротивление дуги значительно больше, чем сопротивление всей электрической цепи, образующей замкнутый контур.

Поэтому практически все тепловая энергия выделяется в дуге, разогревая ее до 4,5-6 тысяч градусов и вызывая плавление любого металла. Дуга возникает в зазоре электрода и свариваемого металла, вызывая их плавление.

При остывании создается неразрывный шов, свойства которого связаны с током, составом присадки и многими другими факторами.

Дуговое сваривание производится плавящимися и неплавящимися стержнями (электродами). В оборудовании используется инверторная технология, что позволило создать компактные производительные устройства.

При сварке заготовок с помощью электрода разжигают дугу между ним и поверхностью стыка. Это создается за счет короткого замыкания при прикосновении прутка к металлу, и последующего его отрыва на расстояние 3-5 мм.

Дуга расплавляет конец электрода и кромки свариваемого изделия. В точке образования дуги создается сварочная ванна.

Для получения сварного шва требуется вести электрод вдоль стыка со скоростью достаточной для расплавления кромок и электрода, но не достаточной для прожигания деталей.

После охлаждения металла получается сварной шов по прочности сопоставимый с основой. Электрод может быть в виде отдельного стержня в обмазке или присадочной проволоки на механизме ее подачи.

При сваривании неплавящимся стержнем электродуга возникает между ним и кромками заготовок. Происходит расплавление кромок, если необходимо и присадочной проволоки в образующейся при этом сварочной ванне. Пруток может быть угольным или из вольфрама. Электродом неплавящегося вида обычно работают при (латуни, бронзы, мельхиора) и тугоплавких металлов.

Защита флюсами и газом

Сваривание металла под слоем флюса обычно выполняется автоматически или при наполовину автоматизированном процессе (полуавтоматом). В первом случае все процессы автоматизированы, во втором процесс подачи электрода производится автоматически, а движение горелки осуществляется сварщиком.

Расплав в сварочной ванне защищается расплавом шлака от воздействия атмосферного воздуха. Шлак получается за счет расплавления флюса поступающего в ванну. Вид сварки с применением флюсов весьма производителен, к тому же получается качественный сварной шов без пор и других недостатков.

Сваривание в газе обеспечивает предохранение участка сварки от вредного воздействия паров воды, атмосферного кислорода и азота.

Это обеспечивается за счет подачи струи защитного газа через сопло горелки в сварочную зону, что позволяет вытеснить атмосферный воздух. Используется при применении неплавящихся и плавящихся электродов. В итоге получается качественный шов при высокой производительности труда.

Электрошлаковая

Электрошлаковый вид сварки осуществляется благодаря сплавлению вертикальных краев изделия с электродом. Когда электрический ток проходит через лак, выделяется тепло. Дуга присутствует только на начальном этапе. В дальнейшем металл расплавляется за счет тепла выделяемого шлаком.

С двух сторон зазора устанавливаются ползуны из меди. Их охлаждают путем подачи воды. Снизу устанавливается поддон с флюсом. Между ним и электродом разжигают дугу и подают туда проволоку.

Электрическая дуга расплавляет проволоку и флюс, из них образуется сварочная ванна, над которой всплывает легкий жидкий шлак. По мере расплавления кромок и сварочной проволоки ползуны перемещаются вверх по стыку. В итоге получается качественный шов. Благодаря такому процессу можно варить металлы большой толщины за один проход.

Лучевая

В промышленности, особенно приборостроении и электронике требуется сваривать очень мелкие детали, имеющие особые требования к процессу сварки. Выбор способа сварки в этом случае невелик. С ними могут справиться только мощный световой луч, поток электронов или плазмы.

Чтобы получить шов отличного качества, требуется высокоэнергетический источник. Это может быть лазер или другой подобный источник энергии способный сконцентрировать огромную тепловую энергию на маленьком участке и на малое время. использует энергию разогнанных до большой скорости электронов. В случае с лазером разогрев осуществляется за счет энергии фотонов.

Плазма, газ, термическая реакция

Сущность вида сварки с применением плазмы заключается в формировании струи ионизированного газа, которая является проводником тока.

Температура плазмы достигает 30000 °C, что позволяет плавить любые металлы в кратчайшие сроки. Энергия плазмы зависит от величины сварочного тока, рабочего напряжения, расхода газа. Сварочные швы получаются высокого качества, тонкие, без внутренних напряжений.

Газовое сваривание осуществляется за счет сжигания горючего газа в кислороде и выделения большого количества теплоты. Это один из старейших видов сварки.

Температура газового пламени составляет три тысячи градусов. Благодаря этому расплавляются стыки свариваемого изделия. Процесс расплавления происходит долго, что вызывает нагрев больших участков поверхности соединяемых изделий. При охлаждении вызывает большие напряжения в шве и самой детали.

При термитном сваривании используется тепло выделяемое при сжигании смеси из алюминия и оксидов железа.

Термомеханическое сваривание материалов

К термомеханическому свариванию относится кузнечная, контактная и подобные им виды. Эти способы сваривания металла используют одномоментно тепловую и механическую энергию. К этому виду относят такие технологии:

• кузнечная;
• контактная;
• диффузионная;

Кузнечной сваркой называется способ, в котором свариваемые изделия сначала нагреваются до необходимой температуры в горне, а потом молотом соединяют друг с другом. Если вместо молота используется пресс, то такой способ называется прессовый.

Контактный вид имеет такое название благодаря тому, что сваривание осуществляется в месте контакта соединяемых деталей. Их сильно прижимают друг к другу с помощью специальных электродов, а затем через точку сдавливания пропускают мощный ток.

В месте контакта получается наибольшее сопротивление, что вызывает выделение основного тепла именно в этой точке. Соответственно, это приводит к расплавлению металла в точке контакта. С помощью контактной получают точечную или шовную сварку.

Контактная сварка получила широкое распространение в машиностроении, особенно в автомобилестроении. Это связано с высокой производительностью и экономичностью данного вида сварки. Она проще всего автоматизируется и широко используется в роботизированных комплексах.

Нельзя не упомянуть диффузионный вид сварки. Его сущность в предварительном нагреве заготовок и последующем их соединении с помощью деформации, которая возникает от механического давления. В таком процессе происходит диффузия атомов из одной соединяемой части в другую и получается неразрывное соединение.

Механическое сваривание материалов

При механическом способе сварки неразрывное соединение получают без внешнего источника тепла. Процесс соединения происходит под действием давления, трения, взрыва или чего-нибудь подобного, что образует межатомные связи между свариваемыми изделиями.

Сварка трением происходит в результате быстрого вращений. Она деталь так плотно прижата к другой, что при вращении происходит сильное трение и разогрев до расплавления. Это обеспечивает надежное соединение заготовок.

Если взять две металлические пластины, очистить от загрязнений и сильно прижать, то при давлениях в несколько десятков тысяч атмосфер происходит пластическая деформация, приводящая к образованию межатомных связей двух частей. В итоге получается неразрывное соединение. Такой способ называется холодной сваркой.

Чтобы возникли силы атомного взаимодействия, между двумя деталями иногда используется взрыв. В этот момент свариваемые детали сближаются так, что возникают атомные связи, которые обеспечивают надежное соединение изделий.

Еще один вид сварки – ультразвуковой. Высокочастотные волны вызывают колебания атомов в металле, и те становятся такими значительными, что вызывает атомные взаимодействия. Итог – надежное соединение.