Описание различных видов сварки и их особенностей

Разнообразие видов сварки

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.

Три основных разновидности

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 защиты сварочной ванны, 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 электродуговая сварка. 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 сварке меди, медных сплавов (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. Электронно-лучевая сварка 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.

Источник: https://svaring.com/welding/vidy/raznoobrazie-vidov-svarki

Виды сварки и их краткая характеристика

Главная » Статьи » Виды сварки и их краткая характеристика

Главная / Проектирование стальных конструкций / Сварные соединения / Виды сварки и их общие характеристики

Наиболее распространенным видом соединений элементов стальных конструкций являются электросварные соединения. Различают ручную, автоматическую и полуавтоматическую электродуговую сварку.

Ручная электросварка

Электродуговая сварка основана на физическом явлении возникновения электрической дуги между стальным стержнем (электродом) и свариваемыми стальными деталями, которая расплавляет основной металл и металл электрода, образуя сварной шов, соединяющий отдельные детали в одно целое.

Схемы электросварки и сварочной дуги

Сварка голым электродом и незащищенной дугой приводит к образованию недоброкачественных швов, главным образом потому, что в шов попадает азот, образующий нитриды, вследствие чего шов становится хрупким, приобретает низкие механические показатели.

Для предохранения электрической дуги от соприкосновения с воздухом (путем образования защитной газовой среды) и для лучшей ионизации воздушного пространства на электроды наносят обмазку. Эта обмазка служит для образования в жидкой ванне металла шлака, способствующего раскислению и очищению металла, и шлаковой корочки, предохраняющей горячую поверхность шва от соприкосновения с воздухом.

Первоначально для обмазки использовали растворенный в жидком стекле мел (меловая, или ионизирующая обмазка), который наносился на электроды тонким слоем (тонко-обмазанные электроды).

Однако качество сварного шва оставалось невысоким. В результате были выработаны специальные качественные обмазки, которые наносятся на электродную проволоку толстым слоем, строго концентрически (толетообмазанные электроды). Эти качественные обмазки содержат дополнительно различные легирующие вещества, улучшающие механические показатели швов1.

В строительных сталях большое влияние на свариваемость оказывает количество углерода в металле. Для сварки сталей с содержанием углерода более 0,2% требуется применение электродов со специальными обмазками. Для сварки обычных строительных сталей с содержанием углерода менее 0,2% применяются обычные электроды с толстой (качественной) и реже с тонкой (меловой) обмазкой.

Читайте также:  Создание дробилки для веток своими руками

Ввиду большого разнообразия состава качественных обмазок типы электродов различают не по составу обмазок, а по результатам механических испытаний образцов наплавленного металла и сварного соединения, которые должны быть не менее значений, указанных в таблице.

Таблица Механические свойства образцов сварных соединений и наплавленного металла шва.

Из таблицы видно, как резко различаются механические характеристики швов, выполненных электродами Э34 и Э42, в особенности в отношении пластичности, характеризуемой относительным удлинением. Поэтому применение электродов типа Э34 в ответственных конструкциях и деталях исключается.

На прочность сварных соединений существенно влияет структура шва, а также встречающиеся в нем неметаллические включения (шлаковины или мелкие газовые пузыри, появляющиеся при остывании шва). Наличие внутренних микропор создает объемную концентрацию напряжений, увеличивая хрупкость шва.

Во время остывания расплавленной стали шва происходит кристаллизация.

Кристаллы растут, вытягиваясь в одном направлении, причем в местах встречи кристаллов иногда концентрируются неметаллические включения, образуя плоскости слабины.

На фигуре, а показан микрошлиф сварного шва, где видны отдельные слои наложения, а также небольшая трещина в корне шва, проходящая по плоскости слабины и соединяющая два небольших шлаковых включения.

Появление трещин внутри шва — недопустимо.

Трещины в швах

Трещины в швах:

а — микрошлиф корня шва (х4) с трещиной между шлаковинами; б — горячая трещина в металле шва (общий вид);

в — то же, макрошлиф.

Различают горячие и холодные трещины. Считается, что горячие трещины иногда возникают при остывании шва в температурном интервале 1000 — 1350° и связаны с наличием межкристаллических прослоек, содержащих такие химические примеси, которые имеют иную температуру затвердевания, чем сталь. Холодные трещины являются большей частью результатом растягивающих напряжений в швах от усадки.

Если разрезать сварной шов, отшлифовать и подвергнуть его изучению под микроскопом, то можно проследить за изменением его структуры. На фигуре показана структура сварного шва и распределение температур по сечению шва.

Здесь можно выделить три зоны: I — зона основного металла; II — переходная зона; III — зона наплавленного металла.

Структура сварного шва

Зоной основного металла считается та его часть, которая нагревается не выше критической температуры (t = 723°). Металл, нагретый ниже этой температуры, не претерпевает изменений и сохраняет свои механические свойства.

Переходная (околошовная) зона, или зона термического влияния, расположена между основным и наплавленным металлом. В этой зоне во время сварки наблюдается (резкое изменение температуры от 1500° (температура плавления) до 723°. Структура металла в этой зоне неравномерна.

На участке с температурой более 1000 — 1100° происходит рост кристаллов, получается грубая крупнозернистая структура, результатом чего является снижение механических качеств. Переходный участок является самым слабым местом шва. Проникновение наплавленного металла в основной называется проваром: чем глубже провар, тем лучше шов. Обычно глубина провара составляет 1,5 — 2 мм.

Особенно существенное значение имеет глубокий провар в корне угловых швов конструкций, подвергающихся переменным нагрузкам.

Наличие щели при обычном проваре корня шва и необработанной кромке создает резкое изменение формы, вследствие чего здесь иногда появляется концентрация напряжений. Такая щель может явиться местом возникновения мельчайших трещин, которые со временем, развиваясь от переменной нагрузки, могут привести к разрыву.

Сварка угловых швов

Сварка угловых швов:

а — наличие щели в соединении при необработанной кромке; б — глубокий провар при автоматической сварке;

в — сварка способом «глубокого провара».

Глубокий провар достигается либо при помощи автоматической сварки, либо так называемым способом сварки с «глубоким проваром» («короткая дуга»), сущность которого ясна из фигуре, в. Здесь электрод слегка опирается на конец обмазки, получается короткая дуга, закрытая чехольчиком обмазки, в связи с чем обеспечиваются более глубокий провар и лучшее качество шва.

Испытание наплавленного металла на загиб

Проверкой свариваемости и прочности сварного соединения, помимо испытания на растяжение, служит технологическая проба на загиб. Это испытание характеризует статическую вязкость соединения, которая пропорциональна углу загиба. Оно дает надежную и простую возможность выявить одновременно прочность и пластичность сварного шва.

1 В. М. Рыбаков и К. П. Вощанов, Технология ручной дуговой сварки, Машгиз, 1953.

«Проектирование стальных конструкций»,К.К.Муханов

Автоматическая и полуавтоматическая сварка

Принцип автоматической сварки заключается в том, что электрод подается к месту сварки автоматически при непрерывном разматывании бухты специальной электродной проволоки.

Электрод подается автоматической (сварочной) головкой, которая выполняет те же функции, что рука сварщика при ручной сварке.

Схема автоматической сварки под слоем флюса Вместо обмазки применяется сыпучий материал определенного химического состава (флюс), которым засыпается конец электрода….

www.ktovdome.ru

Виды сварки и их общая характеристика

Наиболее распространенным видом соединений стальных кон­струкций в нашей стране являются электросварные соединения (око­ло 99% соединений осуществляют сваркой). При этом чаще приме­няют электрическую дуговую (ручную, автоматическую и полуав­томатическую) сварку. 

Значительно реже пользуются электрошлаковой и контактной электросваркой.

Широкое применение сварки объясняется преимуществами это­го вида соединений по сравнению с другими видами соединений.

К ним относятся: экономия металла (в составных балках до 20%); снижение трудоемкости изготовления конструкций (до 20%); ком­пактность соединений, которая приводит к упрощению конструк­тивной формы; возможность непосредственного соединения эле­ментов друг с другом без соединительных накладок или уголков; отсутствие ослаблений; плотность соединений.

К недостаткам сварных соединений следует отнести деформа­цию изделий от усадки сварных швов и наличие остаточных напря­жений в конструкции, что при действии низких температур и дина­мических нагрузках приводит к хрупкому разрушению стали.

Кро­ме того, необходимо отметить трудность исчерпывающего контроля качества сварных швов. Внутренние остаточные напряжения от свар­ки, суммируясь с напряжениями от действия сил на элемент, услож­няют напряженное состояние сварного соединения.

Сварка затруднительна при монтаже конструкций, а также при наличии элементов, образуемых несколькими листами, особенно при большой их толщине.

Электродуговая сварка (рисунок ниже) основана на явлении возник­новения электрической дуги 1 между стальным стержнем 2 (элект­родом) и свариваемыми стальными деталями 5, которая расплавля­ет основной металл и металл электрода, смешивает их, в результате чего при охлаждении образуется сварной шов, соединяющий отдельные детали в одно целое. Сварщик удерживает электрод с по­мощью держателя 3, который подсоединяют к отрицательному кон­такту сварочного аппарата 4. Глубину проникновения наплавлен­ного металла в основной называют проваром.

Ручная электрическая сварка универсальна и широко распрост­ранена, так как может выполняться в нижнем, вертикальном и пото­лочном положениях, а также в труднодоступных местах.

Небольшаяглубина проплавления основного металла (1-2 мм), невысокая про­изводительность ручной сварки из-за пониженной силы применяе­мого тока и меньшая стабильность ручного процесса по сравнению с автоматической сваркой являются недостатками ручной сварки.

Принципиальная схема электродуговой сварки

Для защиты расплавленного металла от воздуха, улучшения хи­мического состава и структуры шва, а также для ускорения и облег­чения процесса сварки электроды, предназначенные для ручной сварки, покрывают обмазками.

Электроды для ручной сварки разделяют по типам в зависимо­сти от прочности наплавленного металла. Электроды, применяемые в строительстве: при сваривании стальных конструкций с пределом текучести до 490 МПа (Э-42, Э-42А, Э-46, Э-46А, Э-50, Э-50А). Для них применяют низкотоксичные рутиловые электроды. Рутил — природный минерал, содержащий до 60% титана.

Цифра указывает временное сопротивление разрыву металла шва (кгс/мм2). Буква А означает, что шов обладает повышенной пла­стичностью.

То же с пределом текучести 500 МПа (Э-60, Э-70 и Э-85). Для снижения массы наплавленного металла стандарты рекомендуют применять электроды более высоких марок, чем марки стали со­прягаемых элементов.

Плавящиеся электроды изготовляют из сварочной проволоки (низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная). Все элек­троды для ручной сварки выполняют из низкоуглеродистой прово­локи марки: Св-08А, для конструкций, работающих в тяжелых ус­ловиях (сварочная проволока; 0,8 означает содержание углерода 0,08%; повышенное качество стали из-за ограниченного содержа­ния серы и фосфора).

В процессе автоматической сварки (рисунок ниже) сварочная головка, имеющая полностью автоматизированное управление, перемещается вдоль шва и подает к месту сварки сварочную проволоку без по­крытия.

Место сварки покрывают флюсом — порошкообразным мате­риалом — из специального бункера и шланга, перемещаемых со­вместно со сварочной головкой.

Флюс полностью изолирует место сварки от воздуха, так как горение дуги происходит под слоем флю­са, одновременно легируя расплавленный металл содержащимися во флюсе примесями.

В результате получается однородный плот­ный шов с глубоким проваром, имеющий высокие механические показатели.  

Автоматическая сварка под флюсом

1 — электрическая дуга; 2 — флюс; 3 — емкость для порошка; 4 — сварочный агрегат; 5 — подающая флюс трубка; 6 — проволока; 7 — фиксатор; 8 — шов

Вследствие большой силы тока, применяемой при автоматичес­кой сварке (600-1200 А), и общей автоматизации процесса произво­дительность ее в 10-15 (а иногда и более) раз превосходит ручную сварку, а также при ней происходит глубокое проплавление сварива­емых деталей. Поэтому автоматическую сварку желательно осуще­ствлять во всех соединениях, где это возможно. К недостаткам авто­матической сварки относится невозможность нанесения ее в верти­кальном и потолочном положениях и в стесненных условиях.  

При полуавтоматической сварке (рисунок ниже) электродная прово­лока без покрытия малого диаметра (до 3 мм) подается механиз­мом к держателю и через него — к месту сварки. Сварщик переме­щает держатель вдоль шва вручную. Флюс подается непосредствен­но из воронки держателя, на котором находятся также кнопки управления. Скорость полуавтоматической сварки в 1,5-2 раза мень­ше автоматической. 

В настоящее время широкое распространение получила полу­автоматическая сварка порошковой проволокой, представляющей собой трубку диаметром 2-3 мм с запрессованным внутрь порош­ком шлакогазообразующих компонентов, защищающих расплавлен­ный металл от воздуха, обеспечивающих защиту от воздуха и необ­ходимое раскисление и легирование (проволоки марок ПП-АНВ и ПП-АНЗ). 

1 — свариваемая деталь; 2 — сварочный агрегат; 3 — трансформатор;

4 — барабан с проволокой; 5 — двигатель проволоки; 6— трубка с держателем; 7 — емкость для флюса

Для проверки качества сварочного шва кроме испытания на растяжение его испытывают на изгиб и на загиб. В этом случае из соединения вырезают специальный образец.

Сварка дугой, горящей в среде защитного газа (рисунок ниже). Способ разработан в 50-х гг. прошлого века (И.В. Любовский и Н.В. Новожилов).

Читайте также:  Рифленый ромбический лист и чечевица для облицовки

Достоинства: достигается высокая производительность; низ­кая стоимость. 

Недостатки: сдувание струи газа ветром; необходимость за­щиты сварщика от отравления. 

ros-pipe.ru

Сварные соединения. виды сварки и их краткая характеристика

Основной вид сварного соединения — электродуговая сварка, основанная на явлении возникновения электрической дуги между стальным стержнем (электродом) и свариваемыми стальными деталями ( 21,а). Электрическая дуга создает температуру более 1500 °С.

При этой температуре происходит расплавление основного металла и металла электрода, в результате в зоне контакта образуется сварной шов, соединяющий свариваемые элементы.

Для получения высококачественного шва, обладающего высокими пластическими свойствами, сварка производится в защитной газовой среде, образующейся в зоне шва от сгорания специальной обмазки,   нанесенной на электрод, которая содержит легирующие добавки и создает слой шлака, защищающий металл от окисления и быстрого остывания.

Наряду с электродуговой сваркой широко применяют газоэлектрическую сварку. Ее преимущество по сравнению с электродуговой — высокая производительность, низкая стоимость, высокая температура (3200°С) и большая глубина провара ( 21,6).

На прочность сварных соединений существенное влияние оказывают структура шва — наличие микропор, трещины, хрупкость и др. Появление трещин в швах недопустимо. Различают горячие и холодные сварочные трещины. Горячие трещины обычно возникают во время остывания шва при температуре более 1000 °С, а холодные — вследствие усадки.

Достоинство сварки характеризуется глубиной провара шва, т. е. проникновением наплавленного металла в основной, которая обычно составляет 1,5—2 мм. Это достигается наличием зазора между свариваемыми элементами и специальной обработкой кромок. Наиболее качественные швы дает автоматическая сварка, осуществляемая сварочными агрегатами ( 22).

Полуавтоматическая сварка заключается в том, что сварочный агрегат движется вручную, а процесс сварки остается автоматическим (подача припоя и флюса).

Для сварки листов тоньше 3 мм применяют точечную (контактную) и валиковую электросварку ( 23), выполняемую иа специальном сварочном оборудовании.

Реже используют газовую сварку, основанную на расплавлении металла в зоне сгорания ацетилена в струе кислорода.

В зависимости от положения швов они могут быть нижними (0—60°), вертикальными (60—120°) и потолочными (120—180°) ( 24). Наиболее удобны в работе, качественны и экономичны нижние швы. Вертикальные и потолочные швы сложны в работе, поэтому их преимущественно применяют при монтажной сварке.

В заводских условиях во избежание вертикальных и особенно потолочных швов применяют специальные кантователи ( 25, а).

При большой толщине шва в целях повышения его качества в процессе сварки производят последовательное утолщение шва Основные типы электродов для сваривания стальных конструкций с пределом текучести до 490 МПа: Э-42, Э-42А, Э-46, Э-46А, Э-50, Э-50А, а для сваривания стальных конструкций с пределом текучести более 500 МПа: Э-60, Э-70 и Э-85 (по ГОСТ 9467—75).

Для снижения массы наплавленного металла нормами рекомендуется применение электродов более высоких марок, чем марки стали сопрягаемых элементов.

 Алюминиевые конструкции сваривают аргонодуговой сваркой с неплавящимся вольфрамовым электродом с присадкой из алюминиевой проволоки и плавящимся вольфрамовым электродом. Для получения качественного шва требуется тщательная химическая обработка свариваемых элементов и проволоки.

stroiteli-spravochnik-108-metallokonstrukcii.odn.org.ua

Источник: http://www.samsvar.ru/stati/vidy-svarki-i-ih-kratkaya-harakteristika.html

Способы, разновидности и технологии сварки металлов

Для получения соединений материалов неразъемного типа используется сварка. Она использует принцип расплавления граней свариваемых поверхностей путем теплового воздействия. Помимо металлических изделий, ее применяют и для прочих материалов, включая пластмассу. Сварное соединение получается при плавлении или же используя воздействие давлением.

Сваривание выполняется множеством методов, однако наиболее массово используются лишь некоторые из них. Многочисленные виды сварки применяются в общепромышленном производстве, при ремонте металлоконструкций, в судостроении, самолетостроении, в самых различных областях народного хозяйства, космическом и военно-промышленном комплексе.

Для ознакомления с различными видами сварных процессов посмотрите соответствующие представленные видео.

Физико-химические процессы, возникающие при сварке

При сварочной плавке металлических изделий в рабочей шовной зоне получается соединение, которое структурно отличается от обрабатываемого металла. Это происходит из-за весьма сложных химико-физических процессов.

При сварном воздействии по месту соединения проходит электроток, и кристаллическая структура материала начинает колебаться с выделением тепловой энергии.

Выполняется переход электродного вещества и свариваемой массы из твердого типа в жидкий, перемешиваясь и кристаллизуясь.

В процессе сваривания в кристаллической структуре шва, а также прилегающего участка возникают деформации, внутренние напряжения.

Процессы химического типа при различных способах сваривания изменяют характеристики материала, при которых возникают новые соединения с другими параметрами. К ним относятся химические реакции, появляющиеся в жидкой или газовой фазе, а также на их периферии. При этом образуются шлаки, окислы и прочие соединения, имеющие отличия от главного материала в химическом составе.

Плавка присадочного и свариваемого изделия выполняется с помощью направленной концентрированной энергии. Для этого применяется пламя газовой горелки, сварная дуга или же прочие способы воздействия. Сварочная ванна может создаваться дополнительным металлом, а также основным соединяемым материалом.

В основном она образуется путем смешивания присадочного элемента с главным. При этом дополнительный материал подается в сварную область специальная проволока, электродом или же прочим способом.

Сплавляясь и перемешиваясь, эти элементы создают общую сварочную ванночку, ограничивающуюся оплавленными границами.

Металлическая масса, расплавленная под воздействием направленной энергии, проходит стадию кристаллизации и получается прочный соединительный шов. Кристаллизация – это фаза затвердевания расплавленного материала.

В процессе сваривания основной металл, а также электродный полностью перемешиваются под воздействием высокой температуры и образуют единую кристаллическую структуру при охлаждении.

Это позволяет получить монолитность соединения с весьма высокой прочностью.

Классификация сварки металлов

Сваривание разнообразных изделий выполняется огромным числом методов. Их количество доходит до 200, что далеко не является пределом при постоянном развитии технологий.

Виды сварки, классификация способов сварки весьма разнообразны. Их отличие заключается в физических, технологических, а также технических признаках.

Классификация методов сваривания по физическим свойствам представлена тремя основными группами:

  • термическая;
  • механическая;
  • термомеханическая.

При термическом методе обработки применяется тепловая энергия. К данной группе относится дуговая, газовая, лазерная и прочие сварки. Механические соединения используют соответствующий тип энергии. К наиболее применяемым относят сваривание трением, взрывом, холодную.

Каждый из данных типов отличается по энергетическим затратам, используемому специальному оборудованию, экологичностью. Термомеханическая группа применяет как тепловую энергию, так и дополнительное воздействие давлением.

К этому сварному виду относится кузнечное соединение, диффузионное, контактное.

Основные виды

Разнообразные виды сваривания металлических предметов состоят из порядка двадцати способов. Их объединяет единый физический процесс, заключающийся в нагреве и плавлении металла в соединяемой зоне. Ознакомиться с многочисленным сварочным оборудованием можно на соответствующих фото.

Электродуговая

При использовании данного вида воздействия сварочная дуга образуется под слоем флюса между электродным элементом и свариваемым материалом. Металлическая масса начинает плавиться от выделяемого тепла, переходит в жидкое состояние.

Высокая температура образуется в сварной дуге на небольшом разрыве между электродным стержнем и обрабатываемым материалом. Температурное значение может достигать 6000 °С, чего вполне достаточно, чтобы плавить изделие в месте соединения.

По окончании остывания получается шов, практически не уступающий по прочности обрабатываемому материалу. К разновидности этого типа относится контактный способ, при котором сварку осуществляют методом создания прерывистого оплавления.

Используемые электроды имеют специальную маркировку под каждый тип материала. К наиболее удобным аппаратам для этой технологии относятся инверторы. Особой разновидностью дуговой электросварки является плазменная.

Способы сварки и виды сварных соединений при электродуговом методе можно посмотреть на видео.

Электрошлаковая

Этот вид процесса использует шлаковую ванночку, разогреваемую действием электротока, для создания области плавления. При этом происходит защита участка кристаллизации от водородного насыщения, а также окисления. Теплота для плавки образуется при прохождении сварного электротока через расплавленный шлак (флюс), имеющий хорошую электропроводность.

После погружения электрода в шлаковую ванну, электрическая дуга гаснет, а ток начинает идти по жидкой шлаковой массе.

Соединение выполняется движением внизу вверх на вертикальных швах с небольшим зазором по кромкам деталей. Этот тип сваривания применяется для изделий с толщиной от 15 мм и до целых 600 мм.

Помимо этого, данную технологию используют для получения отливок, а также переплавки стали из различных отходов.

Газопламенная

Главным тепловым источником при этом виде обработки служит пламя горелки. Для его образования используют газовую смесь с кислородом. К наиболее применяемым газам относится бутан, ацетилен, пропан, МАФ.

Обрабатываемые поверхности плавятся одновременно с присадочным элементом. Мощность пламени регулируется оператором и зависит от количества кислорода в газовой смеси.

Оно может иметь восстановительный характер, нейтральный или же окислительный.

Повышенная скорость сваривания, а также превосходное качество шовного соединения получается при использовании МАФ. Это название обозначает метил-ацетиленовую фракцию. Однако, она требует наличия специальной проволоки с большим количеством кремния и марганца, что значительно удорожает процесс. Виды сварки и их краткая характеристика при газопламенном методе показаны на соответствующем видео.

Плазменная

Энергия для этого типа обработки получается за счет ионизированного газа – плазмы. Это нестандартная форма выполнения сварочных работ. Плазменная технология использует особые аппараты – плазмотроны высокочастотного, а также дугового вида.

Для металлических и стальных сплавов применяют агрегаты прямого действия, а полупроводники и диэлектрики свариваются приборами косвенного воздействия. В специальной камере плазмотронного агрегата рабочий газ разогревается особыми вихревыми токами, которые создаются высокочастотным индуктором.

Отсутствие электродов предоставляет возможность использования факела плазмы высокой чистоты.

Электронно-лучевая

При электронно-лучевом сваривании тепло создается мощным потоком, который бывает электронным или фотонным. Он имеет энергию огромных значений. На высокой скорости частицы попадают на изделие и передают его атомам свою энергетическую мощь.

При этом выполняется интенсивное нагревание стыка свариваемых элементов. Процедура выполняется в вакуумной области, что повышает качество сварного стыка. Электронный пучок можно сформировать до микроскопических размеров, доходящих до нескольких микрон.

Выполнение сваривания микродеталей возможно с использованием исключительно данной технологии.

Лазерная

Процессы с применением лазерного оборудования отличаются легкостью управления, простотой осуществления, полным контролем над локализованной областью обработки, а также отсутствием механического воздействия.

Маленький пучок лазера предоставляет возможность реализовать многие операции на деталях из легкодеформируемых материалов, а также вблизи элементов с высокой чувствительностью к тепловому воздействию. Соединение при этом методе получается путем местного расплавления участков изделий.

К недостаткам данного процесса относится необходимость использования специальной системы управления и технологические особенности, что весьма снижает КПД, а также чистоту сваривания при обработке энергоемких изделий.

Автоматизация процесса

Некоторые разновидности работ, сварка которых выполняется в больших масштабах, требуют наличия автоматической установки. Она подает чистую электродную проволоку, а также флюс гранулированного вида на свариваемый участок.

Читайте также:  Способы изготовления мини-дрели своими руками

При этом осуществляется перемещение дуги по длине сварного стыка, в автоматическом режиме поддерживается стабильное дуговое горение. Сваривание под флюсом в автоматическом режиме используется для металлов ответственных узлов при толщине до 10 мм.

Кроме того, автоматические устройства применяются на производстве при выпуске однотипных элементов крупными партиями.

Производительность данного процесса намного превышает использование ручного сваривания.

Данная технология предоставляет возможность обрабатывать металлические предметы с размером стыка соединяемых элементов до 20 мм без предварительной разделки граней.

При этом существует и недостаток, заключающийся в ограниченной маневренности агрегатов, при которой сварная обработка поверхностей производится в нижнем положении.

Использование полуавтоматов для сваривания под флюсом оптимально для изделий с небольшим радиусом закруглений, малой длиной стыков, а также для труднодоступных участков.

При этом процессе устройство выполняет исключительно подачу электродной сварной проволоки в область работы. Перемещение дуги по соединительному шву производит сам сварщик, используя особый электрододержатель.

Полуавтоматические аппараты применяются при мелкосерийном производстве и индивидуальном изготовлении деталей.

Требования к сварочным швам

Соединения материалов, которые получаются с использованием сваривания, обязаны обеспечить надежность, а также работоспособность конструкции.

Прочность и выносливость не должны снизиться со временем и гарантировать безопасное применение деталей, конструкций. По этим причинам к качеству сварных стыков предъявляются требования, напрямую зависящие от предназначения деталей.

Помимо общих положений, используются специальные стандарты, устанавливающие конкретные параметры сварочных стыков.

Повышенные требования предъявляются к швам, постоянно находящимся под воздействием больших напряжений на растяжение (балки, стены, фермы).

Показатели среднего уровня относятся к стыковым соединениям, противостоящим сдвигам, растяжениям, а также угловым при сваривании основных конструкционных деталей.

Невысокие требования возлагаются на швы углового и стыкового типа вспомогательных конструктивных элементов.

Источник: https://oxmetall.ru/svarka/sposoby-svarivaniya-metallov

Классификация и характеристика способов сварки

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

ИВАНОВА И.В.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине «Специальные способы сварки»

по спец.150202 “ОиТСП”

Введение

Производственное использование некоторых простейших способов сварки началось еще в глубокой древности. Уже в бронзовом веке возникает искусство соединения металлов.  Способы сварки развивались очень медленно и часто трудно уловить на протяжении столетий сколько-нибудь заметные изменения методов и технических приемов сварки, применяемых приспособлений и оборудования.

Резкий перелом в этой области техники наступает лишь в конце ХIХ — начале ХХ века.

В . русский ученый — академик В.В. Петров открыл явление электрической дуги и впервые указал на возможность при помощи ее нагревать и расплавлять металлы.

В 1882  г.  русский  инженер  Н.Н.  Бенардос  изобрел способ электродуговой  сварки  неплавящимся  угольным  электродом,  а  в 1888 -1890 гг.  другой русский инженер Н.Г. Славянов предложил выполнять дуговую сварку плавящимся металлическим электродом.  Способы Н.Н. Бенардоса и Н.Г. Славянова являются основой современных видов электросварки металлов.

Особенные заслуги  в области электродуговой сварки механизации и автоматизации ее процесса  принадлежат  русскому  ученому академику Е.О. Патону. Во время Второй Мировой войны автоматическая сварка под слоем флюса была широко  освоена  на  наших оборонных  заводах и сыграла большую роль в увеличении производства танков и артиллерийского вооружения.

Быстрое развитие промышленности и всех отраслей техники вызвало появление новых средств нагрева, пригодных для сварки металлов, таких, например, как электрический ток, дуговой разряд, ацетилено-кислородное пламя,  термитные смеси,  электронный луч, лазер, высокотемпературная плазма, ультразвук и др. и соответственно новых эффективных способов сварки.

Лекция № 1.

Классификация и  характеристика способов сварки

1.1. Сущность процесса сварки

Сварка — это технологический процесс  получения  неразъемных соединений металлов,  сплавов и различных материалов посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании.

  Она широко применяется в  машиностроении,  металлообработке  и  строительной промышленности  для соединения металлов и сплавов между собой и с неметаллическими материалами (керамикой,  стеклом, графитом, керметами,  кварцами  и  т.п.

),  а также для соединения пластических масс.

В настоящее  время насчитывается несколько десятков способов сварки и их разновидностей.  Все  сварочные процессы можно разделить на два основных способа:  1) сварка плавлением и 2) сварка давлением.

При сварке плавлением производится расплавление кромок свариваемых заготовок и присадочного материала для заполнения зазора между ними.

  Подвижность атомов материала в жидком состоянии приводит к объединению частей деталей в результате образования общей сварочной  ванны.

  В  результате кристаллизации металла сварочной ванны совместно с оплавленными кромками изделия  и  возникновения сварного шва образуется прочное соединение.

При сварке давлением соединение заготовок достигается  путем совместной пластической деформации соединяемых поверхностей, осуществляемой за счет приложения внешнего усилия;  при этом материал в зоне соединения,  как правило,  нагревают с целью повышения его пластичности.  В процессе деформации происходит смятие  неровностей,  разрушение окисных пленок,  в результате чего  увеличивается  площадь  соприкосновения чистых  поверхностей.  Возникновение межатомных связей приводит к прочному соединению деталей.

1.2. Физические основы сварки

Сваркой материалов называется процесс их соединения за  счет сил взаимодействия атомов. Как известно, поверхностные атомы куска металлов имеют свободные, ненасыщенные связи, которые захватывают  всякие  атомы  или  молекулу,  приблизившиеся на расстояние действия межатомных сил.

  Если сблизить поверхности  двух  кусков металла на расстояние действия межатомных сил, на каком они находятся внутри металла,  то получим по  поверхности соприкосновения сращивание их в одно целое,  равное прочности цельного металла.

  Процесс соединения протекает самопроизвольно  без  затрат энергии и весьма быстро, практически мгновенно.

Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются  не только при простом контакте, но и при сжатии значительными усилиями.  Соединению твердых металлов мешает, прежде  всего,  их  твердость,  при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно она не была обработана.

На процесс  соединения сильно влияют загрязнения поверхности металлов — окислы,  жировые пленки и пр.,  а также  адсорбирующие слои молекул газов, и сколько-нибудь длительно сохранить ее можно лишь в высоком вакууме (не менее 1-10- рт.ст.).

Для преодоления приведенных затруднений при сварке применяют нагрев и давление.

При нагреве с повышением температуры металл становится пластичным. Дальнейшим повышением температуры металл можно довести до расплавления; в этом случае объемы жидкого металла самопроизвольно сливаются в общую сварочную ванну.

Давление, прилагаемое к соединяемым частям, создает значительную пластическую деформацию металла, и он  начинает  течь  подобно жидкости.

  Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой поверхностный слой с загрязнениями и пленками адсорбированных газов; в тесное соприкосновение вступают выходящие на поверхность свежие слои и образуют одно целое.

  В зависимости от способа сварки в металле происходят процессы пластической деформации или расплавления, сопровождающиеся образованием растворов, химических соединений, процессов кристаллизации из жидкого состояния и др.

Особенностью металлургических процессов при сварке плавлением являются весьма высокие температуры и  кратковременность  всех процессов,  что  и приводит к изменению структуры металлов в зоне термического влияния.

На рис. 1.1. показана структура зоны влияния (строение сварного шва) после затвердевания и распределения температуры  малоуглеродистой стали в зоне термического влияния. Наплавленный металл имеет столбчатое (дендритное) строение,  характерное для литой стали при ее медленном затвердевании.

Если  наплавленный металл или соседний с ним участок неполного расплавления был сильно перегрет, то при сильном охлаждении на участке перегрева,  зерна  основного металла имеют игольчатую форму,  образуя грубоигольчатую структуру.

  Этот участок имеет крупнозернистую структуру и обладает наибольшей хрупкостью и весьма низкими  механическими свойствами.  На участке нормализации температура металла не превышает 1000°С,  здесь  имеет место нормализация или измельчение зерна.

За время нагрева не успевает произойти срастание зерен аустенита, а при последующем охлаждении  происходит  выпадение  мелких  зерен перлита и феррита. Структура получается мелкозернистой с  повышенными  механическими свойствами по сравнению с основным металлом. 

Рис. 1.1. Строение сварного шва после затвердевания и распределения температуры  малоуглеродистой стали в зоне термического влияния.

 На участке неполной перекристаллизации происходит неполная перекристаллизация стали, т.к. температура нагрева находится  между критическими точками АС1 и АС3. На этом участке, наряду с крупными зернами феррита, образуются и мелкие зерна  феррита  и перлита.

  На участке рекристаллизации температура нагрева не достигала точки АС1,  поэтому не происходило образование —  железа,  растворения перлита и измельчения зерна,  но здесь шел процесс рекристаллизации,  т.е. восстановления приблизительно равноостных зерен из деформированных  зерен и их осколков,  образованных в процессе прокатки металла.

  На участке 6 структура  стали  не  отличается  от структуры основного металла.

1.3. Классификация способов сварки

Способы сварки  можно  классифицировать,  например,  по  виду энергии, используемой при сварке, по степени механизации процесса сварки,  по  виду свариваемого металла и т.п.

  Вполне совершенной системы классификации,  охватывающей все способы сварки,  не  существует.  Принято  все существующие способы сварки делить на две большие группы:  1) сварка плавлением; 2) сварка давлением.

В классификации (ГОСТ 2601-74 и 10521-74),  показанной на рис. 1.2., каждый из методов сварки разделен на несколько способов.

Рис. 1.2. Классификация способов сварки.

По виду энергии, применяемой при сварке, все способы сварки можно разделить на четыре группы (рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Энергетическая классификация процессов сварки.

В зависимости от способа подачи  присадочного металла и флюсов к месту сварки (соединения деталей), осадки деталей и  управления источником тепла различают ручной, полуавтоматический и автоматический способ.

1.4. Понятие о свариваемости металлов и сплавов

В современном машиностроении, наряду с обычной малоуглеродистой сталью широко применяют металлы и сплавы, обладающие высокими механическими или специальными физическими свойствами, как жаропрочность,  коррозионная стойкость и т.д. Несмотря на высокие эксплутационные свойства этих материалов,  сварка их  в  большинстве случаев связана с определенными трудностями.

Под свариваемостью понимают свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Следствием плохой свариваемости металлов являются  трещины в сварных  соединениях,  которые разделяются на горячие и холодные. Трещины образуются в результате действия сварочных  напряжений  в период  времени, когда отдельные зоны сварного соединения находятся в разупрочненном и хрупком состоянии.

Горячие трещины  образуются  главным  образом в сварных швах различных сплавов в процессе их кристаллизации в некотором интервале температур (Тликвид-Тсолид).  Во время пребывания шва в температурном интервале кристаллизации он  находится  в  твердожидком состоянии, т.е.

состоит из твердых кристаллов, окруженных жидкими прослойками.  В ряде случаев сварочные  деформации  и  напряжения оказываются  достаточными,  чтобы  вызвать  разрушение  по жидким межкристаллическим прослойкам,  т.е. привести к образованию горячих трещин.

Горячие трещины наблюдаются в высоколегированных сталях, алюминиевых и медных сплавах.

Холодные трещины  чаще  всего  возникают в зоне термического влияния после полного затвердевания сварного шва в период  завершения  охлаждения  или последующего вылеживания сварной конструкции.

Холодные трещины  возникают под действием остаточных сварочных напряжений. Холодные трещины образуются в сталях перлитного и мартенситного классов,  если в процессе сварки происходит частичная или полная закалка металлов в зоне термического влияния.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение процессу сварки.

2. В чем состоит принципиальное отличие сварки плавлением от сварки давлением?

3. Что мешает  соединению твердых металлов  при приложении к ним давления  без нагрева? 

4. Какой участок в зоне термического влияния сварного соединения обладает пониженными механическими свойствами по сравнению с основным металлом?

5. По каким параметрам можно классифицировать существующие способы сварки?

6. Какие факторы влияют на свариваемость металлов?

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Источник: http://zinref.ru/000_uchebniki/03400metalurg/001_00_Spetsialnye_sposoby_svarkiLEKTsII_Ivanova/001.htm

Ссылка на основную публикацию