Тема 3.1.2 Сварные соединения и швы. Металлургические процессы при сварке

Рис. 61 Классификация способов сварки

Во второй группе объединение металла соединяемых частей в монолитное целое характеризуется применени­ем давления для осадки металла, остальные признаки, в том числе состояние металла, не принимаются по вни­мание.

Приложение давления хотя бы и при наличии рас­плавления в эоне сварки позволяет отнести способ к группе сварки давлением, как например, при электри­ческой контактной сварке (точечной и роликовой шов­ной).

В классификации (ГОСТ 2601–74 и 19521–74), по­казанной на рис. 61, каждый из методов сварки разде­лен на несколько способов.

Применяется также классификация по виду энергии, используемой для нагрева металла при сварке. По этому признаку все способы сварки можно объединить в четы­ре основные группы (рис. 62): 1) электрические; 2) хи­мические; 3) механические; 4) лучевые.

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 спосо­бы сварки.

Рис. 62 Энергетическая классификация способов сварки

В промышленности наибольшее применение нашла электросварка, использующая электрическую энергию для нагрева металла. В химических способах для нагре­ва металла используется энергия экзотермических хими­ческих реакций, из которых наибольшее значение имеют газовая и термитная сварка. В механических способах преобладающее значение имеет механическая энергия; сюда относятся, например, такие способы сварки, как холодная, прессовая, кузнечная (горновая), сварка тре­нием. Сварка лучевая или диффузионная обеспечивают высокую чистоту процесса, источник энергии располо­жен на значительном расстоянии от объекта сварки.

К лучевым относятся такие способы сварки, как электроннолучевая, световая (лазерная), гелиосварка (солнечная).

Для способов, в которых существенное значение име­ют два вида энергии, можно образовывать промежуточ­ные группы, например электромеханичес-кую для кон­тактной и диффузионной сварки, электрохимическую для дуговой сварки в активном защитном газе, химико-механическую для газопрессовой сварки и т. д.

3. Различия в способах образования монолитного соединения при сварке плавлением и давлением в определенной степени определяют подход к их выбору при изготовлении сварных конструкций.

Методы сварки плавлением получили широкое распространение благо­даря их преимуществам по сравнению с другими методами:

1) возможностью сварки в монтажных и цеховых условиях;

2) разнообразием применяемых типов соединений;

3) возможностями сварки конструкций различных габаритов;

4) широким диапазоном свариваемых толщин металла – от нескольких микрометров, например при сварке световым лучом, до 1 м и более при электрошлаковой сварке;

5) возможностью изменения химического состава наплавленного метал­ла. При сварке можно изменить химический состав наплавленного металла, применяя сварочные проволоки различных марок и внося легирующие эле­менты в электродное покрытие или флюс. Это широко используется при сварке низколегированных и легированных сталей;

6) возможностью сварки швов в любых пространственных положениях.

Сварка плавлением, однако, имеет ряд недостатков.

1. Кристаллизация металла шва протекает при растягивающих напряже­ниях, что является одной из причин образования трещин.

2. Необходима защита металла шва от воздействия атмосферы. Если не при­нимать каких-либо мер по его защите, то наплавленный металл будет иметь по сравнению с основным весьма низкие механические свойства, прежде всего пла­стичность. Создание шлаковой и газовой защиты, применение вакуума умень­шают влияние атмосферы на металл или исключают его полностью.

3. Возможно образование (особенно при сварке разнородных металлов) в наплавленном металле хрупких интерметаллических включений, ликвации примесей в шве. Степень ликвации, как и само число включений в металле, а также их расположение в шве, влияющие на прочность сварных конструкций. Примеси часто являются причиной возникновения трещин при сварке.

4. Образуются напряжения и деформации при сварке.

5. Изменяется структура основного металла под влиянием нагрева при варке.

Методы сварки давлением (термомеханические и механические) имеют определенные преимущества по сравнению с методами сварки плавлением.

Применение способов сварки давлением значительно расширило диапа­зон свариваемых материалов, в том числе разнородных металлов, а также неметаллических материалов, исключило в ряде случаев возникновение при сварке трещин, пористости, способствовало уменьшению деформаций свар­ных узлов. Важным является тот факт, что сварка давлением вызывает менее значительные изменения основного металла, чем сварка плавлением, хотя упругопластические деформации, необходимые при сварке без нагрева, при­водят к некоторому физическому упрочнению металла шва и прилегающих к нему участков. В результате ухудшается пластичность металла, что следует учитывать при назначении конструктором механических методов сварки.

Термомеханические и механические методы легче механизировать и ав­томатизировать, при большинстве из них достигается высокая производи­тельность. Все это предопределило достаточно широкую область примене­ния способов сварки давлением.

В то же время некоторые особенности указанных технологических про­цессов, связанные в основном с необходимостью использования при сварке давления, ограничивают их применение в ряде конструкций.

4. Наибольшее распространение в промышленности и строительстве получили способы сварки электрической дуговой (ручной, полуавтоматической и автоматической под флюсом и в защитных газах), а также контактной сварки.

Меньше применяется ручная газовая сварка, используемая преимущественно при ремонтных работах, сварке тонкостенных труб, цветных металлов и чугуна. В ряде отраслей производства (приборостроении, электронной технике, инструментальном деле, новых областях техники) применяются специальные способы сварки – ультразвуковая, электроннолучевая диффузионная сварка в вакууме, плазменная.

В микрорадиоэлектронике применяют новейший способ сварки – лучом лазера, позволяющий успешно сваривать тончайшие волоски и фольгу из самых разнообразных, в том числе и трудносвариваемых материалов: кремния, никеля, тантала, титана, молибдена, меди, алюминия, золота и др.

Ручная дуговая сварка применяется для заварки трещин в блоках и головках цилиндров, картерах, для восстановления сварных швов в рамах и корпусах, заварки отверстий, приварки отломанных частей и добавочных деталей. Ручная дуговая наплавка применяется для наплавки изношенных поверхностей отверстий, валов, осей, ножей отвалов, щек дробилок, звездочек и т. д.

 

 

Вопросы:

1. Виды сварных соедине­ний.

2. Классификация сварных швов по положению в про­странстве и относительно действующего усилия, форме, протяженности.

3. Подготовка кромок свариваемых дета­лей перед сваркой.