2. Общие сведения о сварочном производстве

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Такое определение понятия «сварка» содержит ГОСТ 2601-84. Прочные связи между атомами двух металлических поверхностей легко образуются при соприкосновении этих поверхностей. Надо только сблизить эти поверхности до расстояния, на котором действуют электромагнитные силы межатомного взаимодействия. Это расстояние составляет 3...5, 10…7 мкм. На соединяемых поверхностях не должно быть никаких загрязнений, поверхности должны быть свободны от окисных и жировых пленок, прилипших молекул газов и жидкостей. Такие условия реально могут быть только в глубоком вакууме. И, действительно, в открытом космосе детали механизмов даже при случайном соприкосновении могут схватываться друг с другом на отдельных участках поверхностей, нарушая работу космических аппаратов. В обычных условиях даже после тщательной зачистки пленки окислов, газов и жидкостей на металлических поверхностях восстанавливаются практически мгновенно (мономолекулярный слой газа, например, возникает за 2,4  10~9с). Кроме загрязнений поверхностей их соединению мешают неровности, выступы и впадины, которые образуются при любой чистоте обработки. Эти неровности могут быть не заметны невооруженным глазом, но по сравнению с расстояниями действия межатомных сил они огромны. Поэтому при сближении поверхностей контакт между ними возникает только в отдельных точках. Устранить эти препятствия и обеспечить условия для возникновения прочных связей между атомами соединяемых поверхностей можно, если в зону соединения ввести энергию. Получив эту энергию, атомы поверхности активируются. Это облегчает межатомное взаимодействие поверхностей и способствует разрыву связей между атомами металла, газовых и жидкостных пленок и молекулами окислов. Вводимую в зону соединения энергию называют энергией активации. Под ее воздействием поверхности пластически деформируются или оплавляются. Это устраняет их неровности. Обеспечивается практически полный контакт между поверхностями, их сближение на расстояние, необходимое для взаимодействия межатомных сил. При этом пленки загрязнений разрушаются или вытесняются из зоны соединения, поверхности очищаются. При всех способах сварки используют тепловую (нагрев) или механическую (давление) энергию активации или их сочетание, поэтому все способы сварки делят на три класса: термический, механический и термомеханический (ГОСТ 19521-74).

3. Сварные соединения

Сварное соединение — это неразъемное соединение, выполненное сваркой. Образование сварного соединения в связи с введением концентрированной энергии в зону соединения сопровождается сложными физическими и химическими процессами. К физическим относят процессы, которые, изменяя физические свойства вещества, не изменяют строение элементарных частиц, из которых состоит данное вещество, и не приводит к изменению его химических свойств. При сварке это нагрев металла, его плавление и кристаллизация, распространение теплоты, деформация изделия. Химические процессы изменяют строение элементарных частиц, из которых состоит данное вещество, в результате чего получаются новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами. К основным химическим сварочно-металлургическим процессам относятся химичёские реакции взаимодействия свариваемого металла с газами,, покрытиями и флюсами. Физические и химические процессы при сварке сопряжены между собой по времени и пространству, поэтому их можно объединить общим понятием физико-химические процессы. Под действием физико-химических процессов возникает характерное строение сварного соединения. Сварное соединение при сварке плавлением включает в себя сварной шов, т. е. участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации сварочной ванны; зону сплавления, где находятся частично оплавившиеся зерна металла на границе основного металла и шва; зону термического влияния, т. е. участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке плавлением или резке; основной металл, т. е. металл подвергающихся сварке соединяемых частей, не изменивший свойств при сварке. Соединение, выполненное сваркой давлением в твердом состоянии, состоит из зоны соединения, где образовались межатомные связи соединяемых частей, зоны термомеханического влияния, основного металла. В формировании структуры и свойств сварного соединения при сварке плавлением определяющая роль принадлежит тепловым процессам, при сварке давлением — пластической деформации. Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными. Стыком называется сварное соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной ' поверхности. Угловым называется соединение двух элементов, расположённых под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев. Нахлесточным называется сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга. Тавровым называется сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент. Часть конструкции, в которой сварены примыкающие друг к другу элементы, называется сварным узлом.

4. Швы

Сварной шов — участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации металла сварочной ванны. Часть сварного шва, находящаяся при сварке в жидком состоянии, называется сварочной ванной. При сварке без дополнительного металла расплавляется только основной металл. Металл, предназначенный для введения в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному металлу, называется присадочным металлом. Расплавленные основной и присадочный металлы, сливаясь, образуют общую сварочную ванну. Границами сварочной ванны служат оплавленные участки основного металла и ранее образовавшегося шва. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми.

Стыковой шов — сварной шов стыкового соединения.

Угловой шов — сварной шов углового, таврового и нахлесточного соединений. Сварные швы могут быть непрерывными, прерывистыми, одно и многослойными, одно и двусторонними. Сварные швы, применяемые для фиксации взаимного расположения, размеров и формы собираемых под сварку элементов, называются прихватками. Для обеспечения качественного провара и формирования сварного шва делают подготовку кромок под сварку. Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку — угол разделки кромок а, угол скоса одной кромки, зазор между стыкуемыми кромками, притупление кромки, т. е. нескошенная часть торца кромки с. Элементы геометрической формы сварного шва— ширина шва, выпуклость (вогнутость) шва. В зависимости от конструктивных особенностей изделия и вида сварки к подготовке и сборке деталей предъявляют различные требования. Государственные стандарты регламентируют основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений: ГОСТ 5264—80 — для ручной дуговой сварки; ГОСТ 8713—79 — для автоматической и механизированной сварки под флюсом; ГОСТ 14771—76 — для дуговой сварки в защитных газах; ГОСТ 15164—78 — для электрошлаковой сварки; ГОСТ 15878—79 для контактной сварки и др. ГОСТ 2.312—72 «Единая система конструкторской документации. Условные обозначения и изображения швов сварных соединений» устанавливает графическое изображение и обозначение сварных швов.