Сварка 5 (стр. 1 из 3)
Введение
Сваркой называют технологический процесс получения механически неразъемных
соединений, характеризующихся непрерывностью структур – непрерывной
структурной связью.
Это технологический процесс, с помощью которого изготавливаются все основные
конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций,
автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, наводные и подводные
корабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъемные краны и
многие другие изделия.
Если некоторое время тому назад конструкции изготавливались в основном из
относительно просто сваривающихся материалов, то в настоящее время, наряду с
традиционными, для сварных конструкций применяются материалы с весьма
различными физическими характеристиками: коррозионно-стойкие и жаропрочные
стали и сплавы, никелевые и медные сплавы с особыми свойствами, лёгкие сплавы
на алюминиевой о магниевой основах, титановые сплавы, ниобий, тантал и другие
металлы и сплавы.
Многообразие свариваемых конструкций и свойств материалов, используемых для
изготовления, заставляют применять различные способы сварки, разнообразные
сварочные источники теплоты.
Для сварочного нагрева и формирования сварного соединения используются:
энергия, преобразованная в тепловую посредством дугового разряда,
электронного луча, квантовых генераторов ;
джоулево тепло, выделяемое протекающим током по твёрдому или жидкому
проводнику; химическая энергия горения, механическая энергия, энергия
ультразвука и других источников.
Все эти способы требуют разработки, производства и правильной эксплуатации
разнообразного оборудования, в ряде случаев с применением аппаратуры, точно
дозирующей энергию, со сложными схемами, иногда с использованием технической
электроники и кибернетики.
Разнообразие способов сварки, отраслей промышленности, в которых её
используют, свариваемых материалов, видов конструкций и огромные объёмы
применения позволяют охарактеризовать технологический процесс сварки, как
один из важнейших в металлообработке
Газовая (газокислородная) сварка
При газовой сварке кроме металла, подлежащие сварке, подлежащие сварке,
нагреваются до расплавления теплом экзотермической реакции, протекающей в
пламени газовой горелки между горючим газом (как правило, ацетиленом) и
кислородом (рисунок прилагается). Ацетилен (C2H2)
получают из карбида кальция при взаимодействии его с водой:
CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (OH) 2
Ацетилен сжигается в смеси с кислородом посредством специальной горелки.
Процесс подготовки ацителено-кислородной смеси к горению и самого горения
можно разделить на три стадии :
1-ая стадия : подготовка горючего к сгоранию (распад углерода)
C2H2 2C + H2 +226 000 кДж/моль2-ая стадия : образование CO и H2 (окисление углерода)
C2H2 + O2 2C + H2 + O2 = 2CO + H2 + 2472 200 кДж/моль.3-я стадия : окончательное окисление оксида углерода и водорода :
2CO + O2 CO2 +571 000 кДж/моль ;
H2 + 0,5O2 H2O + 142 000 кДж/моль.Строение пламени при горении ацетилена в смеси с кислородом характеризуется
наличием трёх зон : ядра (1), средней зоны (2) и факела (3). Наивысшая
температура (2730-2230 0С) имеет место в районе второй зоны.
Поэтому при сварке горелку располагют так, чтобы ядро пламени касалось
поверхности сварочной ванны.
Газовая горелка применяется как при изготовлении изделий из тонколистовой
стали, так и при сварке чугуна (при ремонтных работах) и некоторых цветных
металлов и сплавов на их основе.
Термитная сварка
Осуществляется за счёт тепловой энергии, выделяемой при обменной реакции
компонентов термита – смеси оксидов железа (~ 80 %) и измельчённого
алюминия (~ 20 %) :
Схема процесса термитной сварки
3Fe3O4 + 8AI = 4AL2O3 + 9Fe +Q1
Fe2O3 + 2AI + AI2O3 + 2Fe +Q2
Где Q1 ~= 3344 кДж/кг. Термит загружается в специальный тигель,
сообщающийся с формой, облегающей свариваемый стык (рельсов, стальных приводов,
гребных валов судов и других изделий ), и поджигается за счёт магниевого или
электрического запала. В результате горения подогретый металл затекает в стык
(рисунок а) и б). ), а образовавшийся шлак выпускают в специальный сосуд –
приставку.
Кроме варианта термитной сварки плавлением, в некоторых случаях используют
вариант сварки давлением, отличающийся тем, что разогретые и оплавленные
шлаком кромки соединяемых деталей сдавливают специальным приспособлением.
Механическая сварка (сварка трением).
Основана на использовании для нагрева соединяемых деталей превращения
механической энергии трения в кинетическую.
Способ применяется для соединения стержневых деталей, труб небольшого
диаметра и других подобных изделий. Сварка выполняется на специальных
машинах, в зажимах которых закрепляют свариваемые детали. Одна из деталей
остаётся неподвижной, а другая приводится во вращение и торцом с определённым
усилием прижимается к торцу неподвижной детали(см. рисунок)
Частота вращения детали составляет 500-1500 мин-1 . Вследствие трения
торцы деталей быстро разогреваются и через относительно короткое времч
происходит их оплавление, автоматически выключается фрикционная муфта,
прекращая вращение шпинделя; затем производится осевая осадка деталей.
Способ весьма экономичен и обладает высоким К.П.Д. Потребляемая мощность
составляет 15-20 Вт/мм2, а затраты электроэнергии в 7-10 раз меньше,
чем при контактной стыковой сварке.
Способ позволяет сваривать не только однородные, но и разнородные
металлы(например, алюминий с медью, алюминий со сталью, медь со сталью и
т.д.). Особенно эффективна сварка заготовок металорежущего инструмента:
свёрл, метчиков, резцов и другого инструмента из углеродистой и быстрорежущей
стали.
Электрическая контактная сварка.
По форме выполняемых соединений различают три основных вида контактной сварки
: стыковую, точечную и шовную или роликовую.
При стыковой сварке через стык соединяемых деталей пропускают электрический
ток. После разогрева зоны сварки производится осадка.
При точечной сварке соединяемые детали, чаще всего листы, собирают
внахлёстку и зажимают между двумя медными, охлаждаемыми изнутри проточной
водой электродами, подводящими ток к месту сварки и имеющими вид усечённого
конуса. Ток проходит от одного электрода к другому через толщу соединяемых
металлов и контакт между ними и производит местный нагрев их(вплоть до
температуры расплавления). Давлением Р, приложеныым к электрода, производят
осадку. Полученное сваренное соединение в плане имеет форму пятна диаметром в
несколько миллиметров. Это пятно называют точкой.
При шовной сварке электроды, подводящие ток к изделию и осуществляющие
сварку, имеют форму роликов, катящихся по изделию, в связи с чем эту
разновидность контактной сварки называют также роликовой. При шовной сварке
листы соединяются непрерывным плотным швом.
Энергия, выделяемая на контактах между электродами и основным металлом,
расходуется на подогрев поверхности свариваемых деталей и ускоряет износ
электродов, в связи с чем является вредной. Для уменьшения износа электродов
обычно предусматривается водяное охлаждение их.
Все разновидности электрической контактной сварки широко используют в
промышленности, а в ряде отраслей (например в автомобилестроении и др.)
находят наибольшее по сравнению с другими способами сварки применение.
Электрическая дуговая сварка.
Наиболее широко используется при изготовлении всевозможных сварных
конструкций. В зависимости от материала сварной конструкции, её габаритов,
толщины свариваемого металла и других особенностей свариваемого изделия
предпочтительное применение находят определённые разновидности электрической
дуговой сварки. Так, при изготовлении конструкций из углеродистых
и низколегированных конструкционных сталей наибольшее примение находят как
ручная дуговая сварка качественными электродами с толстым покрытием, так и
автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом, а так же сварка в
углекислом газе; при сварке конструкции из высоколегированных сталей, цветных
металлов и сплавов на их основе предпочтительное использование находит
аргонно-дуговая сварка, хотя при определённых условиях применяются и некоторые
другие разновидности электрической дуговой сварки
Аргонно-дуговая сварка вольфрамовым
электродом
Вольфрамовый электрод закрепляется в токопроводящем устройстве специальной
горелки, к которой по шлангам подводится токоведущий провод и инертный газ
аргон. Истекающая из сопла горелки струя аргона оттесняет воздух и надёжно
защищает электрод, дугу и сварочную ванну от окисления и азотирования. Таким
образом, процесс осуществляется при струйной защите зоны сварки от контакта с
воздухом. Если возникает необходимость в добавочном (присадочном) металле для
усиления шва(валика), то в дугу подаётся присадочная проволока, как правило,
того же или близкого состава, что и свариваемый металл.
Так как при такой схеме процесса имеет место весьма надёжная изоляция