Лекція 22,23,24 – Зварювання, різка та паяння металів.

Елекродугове зварювання

Сварка является одним из ведущих технологи­ческих процессов современного машиностроения. Она позволяет соединять самые разнообразные материалы и заготовки — от деталей, размеры которых исчисляются долями миллиметра, до гигантских многотонных кон­струкций.

Сваркой называется технологический процесс по­лучения неразъемных соединений за счет установления межатомных (межмолекулярных) связей между поверх­ностными атомами двух соединяемых заготовок.

Чтобы понять физическую сущность сварки, вспомним, что в металле атомы находятся в узлах кристаллической решетки, а расстояние между центрами атомов составляет 0,2—0,5 нм. При таких расстояниях между атомами су­ществует межатомная связь, т. е. существуют силы, удер­живающие атомы в неизменном по отношению к соседним атомам положении. При сварке задача сводится к тому, чтобы установить такие же связи ме­жду поверхностными атомами соединяемых заготовок.

Для получения качественного соединения между двумя заготовками необходимо обеспечить контакт по большей части стыкуемых поверхностей и активировать их, т. е. сообщить поверхностям некоторую энергию. В сварочной технике существуют для этого два сред­ства. Это нагрев и давление, применяемые отдельно или совместно.

В зависимости от степени нагрева и наличия давления все процессы сварки делятся на две группы способов: сварка плавлением и сварка давлением.

Сварка плавлением (рис. 25.2) происходит в две стадии. На первой стадии происходит разогрев кромок

до их оплавления. При этом разрушается кристал­лическая решетка и образуется жидкая металлическая ванна 3, общая для двух свариваемых заготовок, называемая сварочной ванной. Жидкий металл смачивает оплавленные поверхности, что обеспечивает возникновение межатомных связей между соприкасающимися атомами жидкой и твердой фаз. На второй стадии при охлаждении происходит кристаллиза­ция с образованием межатомных связей.

При сварке давлением (рис. 25.3) сближение поверхностных атомов достигается за счет совместной пластической деформации в зоне соединения. Необходимо кратковременное механическое воздействие на заготовки для их сжатия и сближения атомов до возникновения межатомных сил связи. Очистка поверхности от пленок, а также сближение атомов достигаются путем совместной пластической деформации в зоне соединения. Неровности сминаются, поверхностные пленки раздробляются. За­готовки контактируют по чистым поверхностям. Сварка давлением возможна лишь при том условии, что материал способен воспринимать значительные местные пластиче­ские деформации без разрушения. Часто для повышения пластичности материала места соединения нагревают.

Общая характеристика сварных соединений

Сварным соединением называется неразъемное соединение, выполненное сваркой. Расплавившийся и закристаллизовавшийся металл образует сварной шов с литой структурой ме­талла; частично оплавившийся металл образует зону сплавления.

нахлесточиые

Рис. 26.8. Типы сварных соединений

Взаимное расположение соединяемых элементов опре­деляет тип сварного соединения. Различают следующие соединения (рис. 26.8): стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные.

Сварные швы могут быть односторонними и двусторон­ними. Они могут выполняться за один проход или за несколько проходов.

Сварное соединение должно быть таким же прочным, как и основной металл, и не уступать ему при всех видах нагрузок (статических, ударных, вибрационных). Одним из обязательных условий получения равнопрочности яв­ляется полный провар стыка по всему сечению.

Поскольку электрическая дуга может проплавить ме­талл только на определенную глубину, во избежание непроваров при сварке толстых заготовок на свариваемых кромках делают скос. Собранные под сварку кромки образуют канавку, обеспечивающую доступ к нижней части стыка и надежный провар корня шва. Последу­ющими проходами заполняют наплавленным металлом разделку. Подготовка кромок характеризуется (рис. 26.10) углом разделки а, зазором в стыке А и величиной притуп­ления t. Разделка кромок с одной стороны называется У-образной, с двух сторон — Х-образной.

Способы дуговой сварки

Наибольшее распространение в промышленно­сти имеют следующие способы дуговой сварки: ручная металлическими электродами с покрытием, автоматиче­ская под флюсом и в защитных газах. Все эти способы предусматривают защиту металла сварочной ванны от контакта с воздухом.

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

Ручная дуговая сварка металлическими элек­тродами с покрытием является одним из самых распро­страненных способов сварки. Ее широко применяют для соединения заготовок малых и средних толщин (до 30 мм) короткими швами.

Электроды представляют собой металлический стержень с нанесенным на него покрытием . Длина электродов по ГОСТ 9466—75 в зависимости от диаметра, определяемого диаметром стержня, может составлять 250—450 мм.

Электроды для ручной сварки различают по типам и маркам. Тип электродов обозначается буквой Э и циф­рами, показывающими гарантированный предел проч­ности наплавленного металла. Буква А после цифр указывает на повышенные пластические свойства наплав­ленного металла.

На рис. 26.13 показана схема ручной дуговой сварки. Электрическая дуга 6 горит между металлическим стерж­нем электрода 5 и свариваемой заготовкой 9. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл в виде отдельных капель 7 переносится в сварочную ванну 8, образовавшуюся в результате плавления кромок заго­товок. Вместе со стержнем плавится электродное покры­тие 4, образуя газовую защитную атмосферу 3 вокруг дуги и жидкий шлак, покрывающий поверхность металли­ческой сварочной ванны и капли жидкого металла. По мере движения дуги происходит затвердевание сварочной ванны и образование сварного шва /. Затвердевающий шлак образует на поверхности шва твердую шлаковую корку 2.

— «Варной шов; 2 — шлаковая кор­ка; 3 — защитная газовая атмосфера; 4 — электродное покрытие; 5 — элек­тродный стержень; 6 — электрическая дуга; 7 — капли электродного металла; 8 — сварочная ванна: 9 — заготовка