какую температуру имеет металл шва в процессе сварки
Тепловые свойства сварочной дуги
Сварочная дуга образуется за счет мощной энергии заряженных частиц, которые возникают между катодом и анодом. В результате этого появляется тепловая энергия способная плавить металлы.
Значение тепловой энергии в зоне анода и катода разное, что позволило при сварке постоянным током решать различные технологические задачи. В катодной зоне температура достигает 2400 градусов, в то время как в анодной 2600 градусов.
Поэтому при сварке толстых металлов, которые требуют большего подвода тепла, используется прямая полярность. При этом плюсовая клемма от сварочного аппарата подсоединяется к заготовке, а минусовая к электроду. При сварке тонколистовых и тонкостенных изделий используется сварка постоянным током обратной полярности.
Тепловые свойства сварочной дуги
При сварке постоянным током наиболее всего тепла выделяется в зоне анода. Обусловлено это тем, что заряженные частицы здесь двигаются быстрей, чем в зоне катода. Соответственно и тепла выделяется больше чем в катодной зоне.
Температура дуги при сварке металлическим электродом в зоне анода достигает 2600 градусов, в то время как в катодной зоне температура несколько ниже, порядка 2400 градусов. При сварке угольными электродами, температура катодной и анодной зон составляет 3200 и 3900 градусов с плюсом.
Как было сказано выше, такая разница температур в катодной и анодной зонах используется для сварки тонких и толстых металлов. Там где важно не прожечь тонкий металл, при сваривании нержавеющих изделий, применяется обратная полярность. Катод подключается к заготовке, а анод подсоединяется к электроду.
При этом обеспечивается наименьший нагрев свариваемой детали и ускоренное расплавление электрода. Прямая и обратная полярность работает только при сварке на постоянном токе.
Этого эффекта невозможно достичь при питании сварочной дуги переменным током, поскольку все время происходит периодическая смена анодного и катодного пятна (в зависимости от частоты переменного тока).
Интересные факты про сварочную дугу
Как показывает практика, только 30-40% выделяемого тепла сварочной дугой расходуется на нагрев и последующее плавление металла. Остальные 60-70% процентов тепла выделяются в окружающую среду. Процесс выделения тепла происходит через конвекцию и излучение.
Остальное тепло, которое непосредственно используется на сваривание металлов, называется тепловой мощностью дуги. Эта мощность во многом зависит от способа сварки, электродного покрытия и многих других факторов.
Интересно и то, что при автоматической сварке под флюсом потери тепловой энергии намного ниже, чем при ручной дуговой сварке. Там потери в основном приходятся на то, чтобы расплавить флюс, на угар и разбрызгивание металла.
Помимо температуры сварочная дуга имеет и еще одну характеристику — длину. Это расстояние от поверхности сварочной ванны до торца электрода. Короткая дуга имеет длину от 2 до 4 мм. Длина «нормальной» сварочной дуги составляет 4-6 мм.
Длинной дуга считается в том случае, если расстояние между электродом и сварочной ванной более 6 миллиметров.
Температура и другие важные характеристики сварочной дуги
Принцип электродуговой сварки основан на использовании температуры электрического разряда, возникающего между сварочным электродом и металлической заготовкой.
Дуговой разряд образуется вследствие электрического пробоя воздушного промежутка. При возникновении этого явления происходит ионизация молекул газа, повышение его температуры и электропроводности, переход в состояние плазмы.
Горение сварочной дуги сопровождается выделением большого количества световой и особенно тепловой энергии, вследствие чего резко повышается температура, и происходит локальное плавление металла заготовки. Это и есть сварка.
Основные свойства дугового разряда
В процессе работы, для того, чтобы возбудить дуговой разряд, производится кратковременное касание заготовки электродом, то есть, создание короткого замыкания с последующим разрывом металлического контакта и установлением требуемого воздушного зазора. Таким способом выбирается оптимальная длина сварочной дуги.
При очень коротком разряде электрод может прилипать к заготовке, плавление происходит чересчур интенсивно, что может привести к образованию наплывов. Длинная дуга отличается неустойчивостью горения и недостаточно высокой температурой в зоне сварки.
Неустойчивость и видимое искривление формы сварочной дуги часто можно наблюдать при работе промышленных сварочных агрегатов с достаточно массивными деталями. Это явление называется магнитным дутьем.
Суть его заключается в том, что сварочный ток дуги создает некоторое магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим через массивную заготовку.
То есть, отклонение дуги вызывается магнитными силами. Дутьем процесс назван потому, что дуга отклоняется, как будто под воздействием ветра.
Радикальных способов борьбы с этим явлением нет. Для уменьшения влияния магнитного дутья применяют сварку укороченной дугой, а также располагают электрод под определенным углом.
Среда горения
Существует несколько различных сварочных технологий, использующих электродуговые разряды, отличающиеся свойствами и параметрами. Электрическая сварочная дуга имеет следующие разновидности:
Защита зоны сварки необходима для предотвращения активного окисления плавящегося металла под воздействием кислорода воздуха.
Слой окисла препятствует образованию сплошного сварного шва, металл в месте соединения приобретает пористость, в результате чего снижается прочность и герметичность стыка.
В какой-то мере дуга сама способна создавать микроклимат в зоне горения за счет образования области повышенного давления, препятствующего притоку атмосферного воздуха.
Применение флюса позволяет более активно выдавливать воздух из зоны сварки. Использование среды защитных газов, подаваемых под давлением, решает эту задачу практически полностью.
Продолжительность разряда
Кроме критериев защищенности, дуговой разряд классифицируется по продолжительности. Существуют процессы, в которых горение дуги происходит в импульсном режиме.
В таких устройствах сварка осуществляется короткими вспышками. За время вспышки, температура успевает возрасти до величины, достаточной для локального расплавления небольшой зоны, в которой образуется точечное соединение.
Большинство же применяемых сварочных технологий использует относительно продолжительное по времени горение дуги. В течение сварочного процесса происходит постоянное перемещение электрода вдоль соединяемых кромок.
Область повышенной температуры, создающая сварочную ванну, перемещается вслед за электродом. После перемещения сварочного электрода, следовательно, и дугового разряда, температура пройденного участка снижается, происходит кристаллизация сварочной ванны и образование прочного сварного шва.
Структура дугового разряда
Область дугового разряда условно принято делить на три участка. Участки, непосредственно прилегающие к полюсам (аноду и катоду), называют соответственно, анодным и катодным.
Центральную часть дугового разряда, расположенную между анодной и катодной областями, называют столбом дуги. Температура в зоне сварочной дуги может достигать нескольких тысяч градусов (до 7000 °C).
Хотя тепло не полностью передается металлу, его вполне хватает для расплавления. Так, температура плавления стали для сравнения составляет 1300-1500 °C.
Для обеспечения устойчивого горения дугового разряда необходимы следующие условия: наличие тока порядка 10 Ампер (это минимальное значение, максимум может достигать 1000 Ампер), при поддержании напряжения дуги от 15 до 40 Вольт.
Падение этого напряжения происходит в дуговом разряде. Распределение напряжения по зонам дуги происходит неравномерно. Падение большей части приложенного напряжения происходит в анодной и катодной зонах.
Экспериментальным путем установлено, что при сварке плавящимся электродом, наибольшее падение напряжения наблюдается в катодной зоне. В этой же части дуги наблюдается наиболее высокий градиент температуры.
Поэтому, при выборе полярности сварочного процесса, катод соединяют с электродом, когда хотят добиться наибольшего его плавления, повысив его температуру. Наоборот, для более глубокого провара заготовки, катод присоединяют к ней. В столбе дуги падает наименьшая часть напряжения.
При производстве сварочных работ неплавящимся электродом, катодное падение напряжения меньше анодного, то есть, зона повышенной температуры смещена к аноду.
Поэтому, при этой технологии, заготовка подключается к аноду, чем обеспечивается хороший ее прогрев и защита неплавящегося электрода от излишней температуры.
Температурные зоны
Следует заметить, что при любом виде сварки, как плавящимся, так и неплавящимся электродом, столб дуги (его центр) имеет самую высокую температуру – порядка 5000-7000 °C, а иногда и выше.
Зоны наиболее низкой температуры располагаются в одной из активных областей, катодной или анодной. В этих зонах может выделяться 60-70% тепла дуги.
Кроме интенсивного повышения температуры заготовки и сварочного электрода, разряд излучает инфракрасные и ультрафиолетовые волны, способные оказывать вредное влияние на организм сварщика. Это обусловливает необходимость применения защитных мер.
Что касается сварки переменным током, понятие полярности там не существует, так как положение анода и катода изменяется с промышленной частотой 50 колебаний в секунду.
Дуга в этом процессе обладает меньшей устойчивостью по сравнению с постоянным током, ее температура скачет. К преимуществам сварочных процессов на переменном токе, можно отнести только более простое и дешевое оборудование, да еще практически полное отсутствие такого явления, как магнитное дутье, о котором сказано выше.
Вольт-амперная характеристика
На графике представлены кривые зависимости напряжения источника питания от величины сварочного тока, называемые вольт–амперными характеристиками сварочного процесса.
Кривые красного цвета отображают изменение напряжения между электродом и заготовкой в фазах возбуждения сварочной дуги и устойчивого ее горения. Начальные точки кривых соответствуют напряжению холостого хода источника питания.
В момент возбуждения сварщиком дугового разряда, напряжение резко снижается вплоть до того периода, когда параметры дуги стабилизируются, устанавливается значение тока сварки, зависящее от диаметра применяемого электрода, мощности источника питания и установленной длины дуги.
С наступлением этого периода, напряжение и температура дуги стабилизируются, и весь процесс приобретает устойчивый характер.
Температура сварки при разных видах соединения деталей
Температура сварки металла
Сегодня нет ни одной отрасли промышленности или хозяйствования, в которой не применялась бы сварка.
Самым старым, но до сих пор самым востребованным остается ручная дуговая сварка, которая осуществляется при помощи электрода, сделанного из металла.
Температура сварки такого типа может колебаться от 6000 до 12000 градусов. С ее помощью можно сваривать элементы в помещении и на открытом воздухе, добираться в труднодоступные места.
Классификация основных видов сварки.
Механизм сваривания заключается в том, что металл разогревается под действием газа, давления либо тока до начала плавления. Расплавленные кромки перемешиваются с таким же электродом, а потом остывают и твердеют, создавая качественный (или некачественный) шов.
Но как выбрать температуру для конкретного случая? Нужно просто вспомнить школьные знания. В старших классах на уроках химии школьники узнают, что каждый металл имеет собственную температуру плавления.
Рассуждая логично, можно сделать вывод, что и температура для их сварки должна быть разной. Это подтверждает практика.
Алюминий коробится, если его сваривать при температуре, необходимой чугуну, а температура, необходимая для сварки чугуна, абсолютно не подходит для стальных конструкций и элементов.
Рисунок 1. Схема ручной дуговой сварки.
Электродуговая сварка — самый распространенный процесс, предназначенный для получения цельных деталей, неразъемных на уровне атомных связей.
Именно электродуговая сварка позволяет достичь максимально высоких температурных показателей.
Минимальный нагрев составляет не меньше 6 тысяч градусов, но при необходимости при помощи электрической дуги можно разогреть стык металла и электрода до 12 тысяч градусов.
Электрическая дуга получила свое название из-за внешнего вида. При сварке в газовой среде образуется электроразряд, который характеризуется высокой плотностью тока, температурой и газовым давлением.
Нагретый газ начинает светиться и изгибаться, образуя известную сварщикам дугу, которая горит между краем свариваемого металла и электродом. На рис.
1 наглядно показан процесс, который имеет место при дуговой сварке.
Когда между деталью и электродом возникает раскаленная дуга, они начинают расплавляться, образуя сварочную ванну. Через дугу в эту ванну попадает расплавленный металл с электрода.
Покрытие, плавящееся одновременно с электродом, образует шлак на поверхности горячего металла и газовую среду вокруг дуги.
По мере того как сварщик продвигает дугу вперед, металл затвердевает, образуя сварочный шов, покрытый коркой из шлака. После остывания шва она ликвидируется.
Чаще всего электродуговая сварка применяется для соединения очень толстых деталей или элементов, выполненных из углеродистых сталей, имеющих высокую тугоплавкость.
Рисунок 2. Схема сварки в инертном газе.
Наиболее известное название такой сварки — аргонно-дуговая, или АДС. Однако это не точное название, потому что для создания инертной газовой среды может использоваться не только аргон, но и азот, гелий, различные газовые смеси. Сварка в газовой среде проводится при помощи неплавящегося электрода и используется там, где требуется температура, не превышающая 6 тысяч градусов.
Неплавящиеся электроды изготавливают из вольфрама. Сварка с его применением в инертной аргоновой или гелиевой среде позволяет разогревать металл при помощи тепла.
Оно выделяется, когда между разогретым металлом и неплавящимся электродом загорается электродуга.
Инертный газ не просто предохраняет стык от любого окисления, но и полностью изгоняет кислород из сварного шва, поэтому последний образуется только из металлических расплавленных кромок.
Иногда, чтобы уплотнить шов, используют присадочную проволоку из материала, идентичного свариваемому элементу, которую вручную подводят к месту сварки. На рис.2 показан механизм работы с неплавящимся электродом.
Вольфрам закрепляется в специальной горелке с токопроводящим устройством, к ней при помощи шлангов подводится газ и провод, по которому течет ток. Струя инертного газа, выделяющегося из сопки, одновременно защищает от окисления или попадания азота и сварочную ванну, и шов, и электрод, и дугу.
Преимущество такой сварки заключается в том, что с ее помощью можно на атомном уровне соединять большое количество однородных металлов (например, золото, бронзу, титан, любые магниевые сплавы). Технология также позволяет сваривать разные металлы, например низкоуглеродную и нержавеющую сталь, медь и бронзу и т.п.
Плазменная сварка
Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей.
Если требуется получить температуру свыше 30 тысяч градусов, используют плазменную сварку.
В этом случае на поверхность металла подается не инертный, а ионизированный газ, который состоит из незаряженных атомов и молекул, заряженных электронов и ионов.
Плазменная дуга от обычной отличается по многим параметрам:
Плазма является более универсальным источником тепла, необходимого для нагрева. Она позволяет проплавлять металл на большую глубину, одновременно обеспечивая меньший диаметр проплавления.
Цилиндрообразная форма дуги позволяет работать в максимально труднодоступных местах или там, где колеблется расстояние между горелкой и деталью.
Процесс плазменной сварки заключается в том, что в дугу принудительно вдувают ионизированный газ. При помощи плазмотрона дуга сжимается, увеличивается ее мощность, а температура может достигнуть 30 тысяч градусов.
Самый распространенный вид плазменной сварки — микроплазменный. Такой метод позволяет соединять тонкостенные трубы, фольгу и т.п. не прожигая их, но добиваясь глубокого соединения.
Другие виды сварки
Таблица температур при сварке.
Для получения качественного шва мало знать температуру плавления нужного металла и температуру самой сварки. Необходимо учитывать температуру окружающей среды и тщательно подготовить детали, предназначенные для сварки.
Изучаем виды сварных соединений
Сварка по-прежнему остаётся одним из самых популярных методов получения неразъёмных конструкций из металлов и полимеров. Такая популярность определяет и разнообразие сварных стыков, которые в чём-то схожи между собой, а в чём-то принципиально различны. В данной статье мы рассмотрим все основные виды термических сварочных соединений.
Виды сварных соединений
Итак, какие бывают сварные соединения? Виды сварочных соединений следующие:
Стыковое
Наиболее широко применяемая разновидность, которая может быть одно- и двухсторонней, со съёмной и несъёмной подкладкой и вообще без неё. Стыковым сварочным соединением могут быть соединены детали с отбортовкой, с замковой кромкой, а также с разнообразными скосами: дву- и односторонними, симметричными и асимметричными, ломанными и криволинейными.
Угловое
Как становится уже ясным из самого названия, данное соединение сваривает угловые конструкции. Кроме того, при помощи угловых соединений производит сваривание конструкционных элементов в труднодоступных местах. Данный тип соединения применяется в следующих случаях:
В других случаях угловое соединение применять нельзя, поскольку из-за сложности кромок качество связи резко ухудшается.
Тавровое
Применяется для сварки Т-образных конструкций, а также для деталей, которые соединяются под небольшим углом друг к другу. Данное соединение совместимо со следующими видами кромок:
Внахлёст
Данный тип сварки соединяет между собой концы деталей или конструкционных элементов. Сварочные работы внахлёст производятся только с кромками без скосов.
Торцевое
Достаточно редкий тип соединения, поскольку подразумевает варку одной детали к торцу другой. Поэтому нередко основные типы сварочных соединений не включают торцевое в отдельный пункт, а объединяют его с соединением внахлёст.
Классификации швов
Также виды сварных соединений различаются по шву, получаемого в результате сварочных работ. Действующие стандартны подразумевают несколько классификаций:
По пространственному расположению
По своему местоположению сварные швы могут быть:
По их непрерывности
Сварные швы могут быть непрерывными (без разрывов) и прерывистыми (имеются разрывы). Последние более всего характерны для угловых и тавровых соединений.
По характеру разрывов прерывистые швы подразделяются на:
Отметим, что непрерывные швы более надёжны и более устойчивы к коррозийному разрушению, но зачастую их невозможно применять по технологическим причинам.
По типу сварного соединения
Сварные соединения отличаются друг от друга ещё и по получаемому шву:
По характеру профильного сечения
Данная классификация указывает на форму сечения сварного шва в разрезе:
Внутреннее сечение определяет эксплуатационные характеристики сварных соединений. Так, например, выпуклое сечение придаёт хорошую устойчивость к статическим нагрузкам, такие швы считаются усиленными.
Тогда как вогнутые, наоборот, считаются ослабленными, зато они лучше выдерживают динамические и разнонаправленные нагрузки. Эксплуатационные характеристики нормальных сварных швов схожи с характеристиками вогнутых. Специальные швы отлично справляются с переменными нагрузками.
Также они снижают напряжение, возникающее в сваренных деталях в процессе их повседневной эксплуатации.
Здесь сварные швы классифицируются по ходу электрода при проведении сварных работ:
По числу слоёв
Предусмотренные сварные работы выполняются в один или в несколько слоёв (проходов). При одном проходе образуется валик из оплавленного металла. Валики могут выполняться на одном или на разных уровнях. В первом случае один слой будет состоять из нескольких валиков. Самый дальний от облицовочного уровня валик называется корнем шва.
Многослойные и многопроходные сварные соединения используются при варке толстостенных элементов или для избегания термических деформаций в структуре стального сплава.
Результаты нарушения технологии сварочных работ
При нарушении технологии сварочных работ в месте соединения могут возникнуть:
Технологии контроля качества
Все виды сварных соединений обязательно подвергаются проверке. В зависимости от требований к качеству работы выполняются следующие технологии контроля качества:
Сергей Одинцов
Типы сварочных соединений (стр. 1 из 6)
1. Технология сварки стали
Подготовка конструкций к сварке
Подготовка конструкций к сварке разделяется на три этапа:
1. обработка кромок, подлежащих сварке;
2. сборка элементов конструкции под сварку;
3. дополнительная очистка, если она требуется, собранных под сварку соединений.
Обработка кромок конструкций, подлежащих сварке, производится в соответствии с чертежами конструкций и согласно требованиям ГОСТ 5264–80 и других ГОСТов на основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений.
Кромки соединений под сварку обрабатывают на кромкострогальных или фрезерных станках, а также путем кислородной и плазменной резки на специальных станках. Размеры элементов кромок должны соответствовать требованиям ГОСТ.
Важным этапом подготовки конструкции к сварке является сборка под сварку. Под ручную дуговую сварку конструкции собирают при помощи сборочных приспособлений или прихваток. Состав сборочных приспособлений: струбцины 1 выполняют разнообразные операции по сборке углового металла, балок, полос и т.п.
; клинья 2 используют для сборки листовых конструкций; рычаги 3 – для сборки углового металла и других конструкций; стяжные уголки 4 и угловые фиксаторы 8 – для сборки листовых конструкций; домкраты 5 – для стягивания обечаек, балок и других конструкций; прокладки с клиньями 7 – для сборки листовых конструкций с соблюдением величины зазора; стяжные планки 10 и угольники.
И – для сборки листовых конструкций под сварку без прихваток. Применяют и другие типы приспособлений.
Перед сборкой обработанные элементы конструкций должны быть измерены, осмотрены их кромки, а также прилегающий к ним металл, тщательно очищены от ржавчины, масла, краски, грязи, льда, снега, влаги и окалины.
В цеховых условиях элементы конструкций собирают на стеллажах – плитах, имеющих пазы для установки в них приспособлений (болтов, стяжек, штырей и т.п.), крепящих собираемые элементы по размерам, предусмотренным в чертежах.
Используются также простейшие стеллажи из горизонтальных балок, установленных на стойках высотой 200–400 мм. На 13.3 показан пример сборки листовых конструкций с помощью простейших приспособлений и сборки конструкций из профильного металла – углового, двутаврового и т.п.
Кромки собранных конструкций, подлежащие сварке, по своей форме и размерам должны соответствовать чертежам и стандартам.
Стыки конструкций по мере сборки закрепляют прихватками – короткими сварными швами для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей.
Прихватки размещают в местах расположения сварных швов, за исключением мест их пересечения Длина прихваток для сталей с пределом текучести до 390 МПа должна быть не менее 50 мм и расстояние между ними – не более 500 м, для сталей с пределом текучести более 390 МПа прихватки должны быть длиной 100 мм и расстояние между ними – не более 400 мм При небольшой толщине собираемых деталей (4–6 мм) прихватки могут быть более короткими (20–30 мм) и расстояние между ними 200–300 мм. При сборке на прихватках громоздких тяжелых конструкций, кантуемых при сварке, расположение прихваток и их величина указываются в проекте производства сварочных работ. Кеудаляемые при сварке прихватки должны выполняться сварщиками, которые впоследствии будут сваривать прихваченные соединения.
Прихватки придают жесткость конструкции и препятствуют перемещению деталей от усадки при сварке, что может привести к образованию трещин, особенно в элементах большой толщины.
Поэтому сборку на прихватках применяют при толщине металлов 6–10 мм, а при большей толщине используют сборочные приспособления, фиксирующие форму и размеры конструкций, однако допускающие ее незначительное перемещение от сварочной усадки.
Такими приспособлениями являются клиновые стяжки (см. 13.1).
Непосредственно перед сваркой собранные стыки подлежат обязательному осмотру и при необходимости дополнительному исправлению дефектов сборки и очистке.
При сварке в вертикальном положении сила тока уменьшается на 10–20%, при сварке горизонтальных швов – на 15–20% и при сварке потолочных швов – на 20–25%.
Род тока и полярность определяют в зависимости от принятых для сварки электродов, например для электродов МР-3 может быть применен переменный или постоянный ток, для электродов УОНИИ-13/45 – только постоянный ток обратной полярности и т.п.
Скорость сварки (перемещения дуги) в значительной степени зависит от квалификации сварщика и его умения вести процесс сварки с перерывами только на смену электрода.
Кроме того, на скорость сварки влияют коэффициент наплавки применяемых электродов и сила сварочного тока. Чем больше коэффициент наплавки и сила тока, тем быстре перемещается дуга и, следовательно, растет скорость сварки.
Следует иметь в виду, что произвольное увеличение силы тока может вызвать перегрев электрода.
Коэффициент /С, определяемый по табл. 13.1, зависит от вида покрытия электродов. Например, для электродов с кислым или рутиловым покрытием максимальная величина коэффициента при диаметре 3–4 мм К=45; для электродов с основным покрытием диаметром 3–4 мм Д»=40; с целлюлозным покрытием того же диаметра /(=30.
На основании формулы погонной энергии сварки qn (гл. 3) была выведена приближенная зависимость погонной энергии от площади сечения валика шва, Дж/мм
где Qo – коэффициент, зависящий от типа применяемых электродов или проволоки при механизированных методах сварки; Fm–> площадь сечения валика, мм2.
Для электродов марок УОНИИ-13/45 и СМ-11 величина Qo=65 Дж/мм3. Таким образом, зная погонную энергию, можно легко определить сечение валика шва и наоборот.
2. Типы сварных соединений. Сварные швы
Термины и определения основных понятий по сварке металлов устанавливает ГОСТ 2601–84. Сварные соединения подразделяются на несколько типов, определяемых взаимным расположением свариваемых деталей.
Основными из них являются стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые соединения. Для образования этих соединений и обеспечения требуемого качества должны быть заранее подготовлены кромки элементов конструкций, соединяемых сваркой.
Формы подготовки кромок для ручной дуговой сварки стали и сплавов на железоникелевой и никелевой основе установлены ГОСТ 5264–80.
Стыковым соединением называют соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями.
ГОСТ 5264–80 предусмотрено 32 типа стыковых соединений, условно обозначенных Cl, C2, С28 и т.д., имеющих различную подготовку кромок в зависимости от толщины, расположения свариваемых элементов, технологии сварки и наличия оборудования для обработки кромок.
При большой толщине металла ручной сваркой невозможно обеспечить проплавление кромок на всю толщину, поэтому делают разделку кромок, т.е. скос их с двух или одной стороны. Кромки скашивают на строгальном станке или термической резкой (плазменной, газокислородной).
Общий угол скоса (50±4)°, такая подготовка называется односторонней со скосом двух кромок. При этом должна быть выдержана величина притупления (нескошенной части) и зазор, величины которых установлены стандартом в зависимости от толщины металла.
Шов стыкового соединения называют стыковым швом, а подварочный шов – это меньшая часть двустороннего шва, выполняемая предварительно для предотвращения прожогов при поседующей сварке основного шва или накладываемая в последнюю очередь, после его выполнения.
При подготовке кромок стали толщиной 8–120 мм. Обе кромки свариваемых элементов скашивают с двух сторон на угол (25±2)° каждую, при этом общий угол скоса составляет (50 ± ±4)°, притупление и зазор устанавливаются стандартом в зависимости от толщины стали. Такая подготовка называется двусторонней со скосом двух кромок.
При этой подготовке усложняется обработка кромок, по зато резко уменьшается объем наплавленного металла по сравнению с односторонней подготовкой.
Стандартом предусмотрено несколько вариантов двусторонней подготовки кромок: подготовка только одной верхней кромки, применяемая при вертикальном расположении деталей, подготовка с неравномерным пс толщине скосом кромок и др.
Угловым соединением называют соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Таких соединений насчитывается 10: от У1 до У10.
Для толщины металла 3 – 60 мм кромку примыкающего элемента скашивают под углом (45±2) 1°, сварной шов основной и под-варочиый. При этой же толщине и сквозном проваре можно обойтись без подварочного шва.
Часто применяют угловое соединение со стальной подкладкой, которая обеспечивает надежный провар элементов по всему сечению.
При толщине металла 8–100 мм применяют двустороннюю разделку примыкающего элемента под углом (45±2)°.
Тавровым соединением называют сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен угловыми швами к боковой поверхности другого элемента.
Стандартом предусмотрено несколько типов таких соединений: с Т1 по Т9. Распространенным является соединение, для металла толщиной 2–40 мм.
Для такого соединения никакого скоса кромок не делают, а обеспечивают ровную обрезку примыкающего элемента и ровную поверхность другого элемента.
При толщине металла 3–60 мм и необходимости сплошного шва между элементами, что предусматривается проектом конструкции, в примыкающем элементе делают разделку кромок под углом (45±2)°.
На практике часто применяют тавровое соединение с подкладкой при толщине стали 8–30 мм, а также соединение с двусторонним скосом кромок примыкающего элемента при толщине стали 8–40 мм.
Все эти соединения со скосом кромок примыкающего элемента обеспечивают получение сплошного шва и наилучшие условия работы конструкций
Нахлесточным соединением называют сварное соединение, в котором сваренные угловыми швами элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга. Стандартом предусмотрено два таких соединения: HI и Н2. Применяют иногда разновидности нахлесточного соединения: с накладкой и с точечными швами, соединяющими части элементов конструкции.
Соединение сваркой
В промышленности применяются следующие виды сварки:
Электрическая сварка делится на:
Электродуговая сварка впервые появилась в XIX столетии. Ее осуществили русские инженеры Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов. По ГОСТ 9467-75 предусмотрено большое количество марок электродов, которые имеют вполне определенные области применения в зависимости от марок свариваемых сталей. Диаметр электродов выбирается в соответствии с толщиной свариваемых листов и размеров шва.
Чем толще лист, тем больше диаметр электрода. Процесс сварки сопровождается выделением от дуги ослепительного света и разбрызгиванием расплавленного металла. Поэтому сварочные работы выполняются рабочими в брезентовой прозодежде, в рукавицах, со щитками, имеющими темные стекла, снижающими яркость дуги.
Из разновидностей дуговой сварки за последнее время широкое распространение получила сварка под слоем флюса и сварка в среде углекислого газа. Флюс и углекислый газ являются предохранительной средой от загрязнений, обеспечивающей высокие механические свойства направляемого металла.
При этом в состав флюса вводят шлакообразующие составляющие, раскислители и легирующие составляющие. Оба метода сварки сопровождаются применением автоматизации.
Для приварки к листу шпилек (стержней) применяются специальные сварочные устройства — пистолеты. Контроль сварочных швов без разрушения конструкций в особо ответственных случаях осуществляется с помощью ультразвука, рентгеноскопии, гамма-лучей.
ПО техническим возможностям оба метода обеспечивают надежность проверки качества сварки и позволяют выявлять местные пустоты (незаполнение), пленистость, пористость и другие дефекты на всей глубине сварочного шва.
Для контроля углеродистых сталей с толщиной стенки до 12 мм применяется магнитографический дефектоскоп. Для тех же сталей при толщине стенки свыше 15 мм используется ультразвуковой дефектоскоп.
Контроль аустенитных сталей с толщиной стенки от 20 до 50 мм целесообразнее производить гамма-просвечиванием или использовать ультразвуковую дефектоскопию.
Дефекты, выявленные в ответственных сооружениях (трубопроводы высокого давления), подлежат устранению, после чего контроль выполняется повторно.
Основные разновидности типовых сварных соединений:
Электродуговая сварка требует подготовительных работ в части разделки скосов и снятия фасок. Эту работу обязан выполнять слесарь-монтажник. Разделка скосов и снятие фасок перед сваркой делаются для того, чтобы получить шов, имеющий не менее 80% прочности целой детали.
Для тонких листов (до 2 мм) под сварку делается отбортовка и шов накладывается сверху. При сварке листов толщиной 2-5 мм допускается бесскосное соединение. В этом случае расплавленный металл электрода должен заполнить разрыв в l-З мм между листами.
Свариваемые листы толщиной 5-15 мм требуют подготовки кромок в виде V-образных скосов, причем с утолщением листа угол развала увеличивается до 90°. Образовавшееся углубление заполняется металлом шва, и этим гарантируется необходимая прочность. Для сварки толстых листов, более 15 мм, применяют X-образные скосы указанных размеров.
В условиях монтажных работ обработка кромок и подготовка скосов у листов делается ручным и пневматическим зубилами или с помощью газовой резки. Обработка на металлорежущих станках применяется в тех случаях, когда свариваемые изделия изготовляются в специализированных цехах.
При сварке неплоских деталей, кроме подготовки скосов, приходится отдельные детали крепить до прихватки струбцинами и другими средствами. После прихватки и проверки правильности установки свариваемых деталей снимают крепежные средства и приступают к окончательной сварке.
Различают также холодную и горячую сварку.
Горячая электродуговая сварка делается с предварительным подогревом свариваемых деталей до t = 600-700° (в особо ответственных случаях, главным образом у чугунных деталей).
Во всех остальных случаях при сварке железных конструкций применяется холодная дуговая сварка. После сварки для снятия остаточных напряжений ответственные металлоконструкции следует подвергать отжигу.
Этот метод сварки применяется в ремонтной практике при реставрации изношенных деталей.
Кроме сварки, электродуговой метод применяется при резке металлов. Резка производится угольным (графитовым) электродом с толстой обмазкой. Разрез получается неровный, а процесс обработки — малоэкономичный. Электродуговая резка иногда применяется при разделке металлического лома и при отрезке литников и прибылей у стальных, чугунных и других отливок.
Электроконтактная сварка производится на специальных сварочных машинах. Для нагревания свариваемых изделий используют теплоту, выделяющуюся в точках наибольшего сопротивления электрической цепи. Такими точками являются места соприкосновения деталей, подлежащих сварке.
При стыковой сварке, являющейся разновидностью электроконтактной сварки, ток напряжением 1-З В подводится от специального понижающего трансформатора. При этом свариваемые детали сближаются до соприкосновения.
В месте стыка возникает температура плавления металлов, и тогда, выключив ток, детали сдавливают друг с другом дополнительно. Стыковая сварка применяется при сварке инструмента, в котором быстрорежущая сталь сваривается с углеродистой.
Недостатки метода — нарушение структуры и большой расход электроэнергии
При точечной электрической сварке соединяемые детали из тонкого листа сдавливаются между двумя электродами, И которым подведен ток 2-10 В.
Вследствие большого сопротивления место контакта нагревается до температуры сварки и под действием силы сжатия детали свариваются в данной точке. Оба электрода (подвижный и неподвижный) изготовляются из медного сплава с большим поперечным сечением.
Благодаря высокой электро- и теплопроводности они не привариваются к деталям. Точечные аппараты имеют высокую производительность: дают до 2000 точек сварки в час.
Шовная сварка применяется для соединения тонких листов (до 3 мм) из низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали, латуни и алюминиевых сплавов. Шовная сварка широко применена при изготовлении тонкостенных электросварных труб на трубопрокатных заводах.
Сварочная машина подобна аппаратам точечной сварки с той лишь разницей, что ее электроды представляют собой вращающиеся ролики, между которыми пропускаются свариваемые листы.
При сварке образуется непрерывный шов, обеспечивающий высокую прочность и герметичность соединения.
Из разновидностей газовой сварки наибольшее применение нашла кислородно-ацетиленовая сварка.
При газовой ацетиленово-кислородной сварке нагревание кромок спариваемых деталей, а в равной степени и плавление присадочного материала, заполняющего впадину и образующего шов сварки, производится в пламени ацетилена, сгорающего в кислороде.
Для сжигания указанной горючей смеси используется специальная сварочная горелка, куда поступает из баллонов кислород под давлением 2,5-3,5 атм и ацетилен при давлении 0,l-0,5 атм. Наибольшая температура в зоне сварки достигает 3000°.
Газовая сварка применяется при ответственных сварочных работах из листового материала, малоуглеродистой конструкционной стали, а также при сварке различных цветных металлов и сплавов и при запарке чугунных деталей.
Присадочный материал в виде нарезанных прутков по своему химическому составу должен быть близким к материалу свариваемых деталей. Подготовка кромок и скосов под сварку осуществляется так же, как и для электродуговой сварки.
Для чугунных изделий после сварки необходимы равномерное охлаждение и последующий отжиг.
Газовая резка основана на сгорании металла в струе кислорода. Для резки металла применяются специальные горелки-резаки.
Через центральный канал резака подается кислород под большим давлением, а по кольцевому каналу поступает ацетилено-кислородная смесь, которая нагревает металл свариваемых деталей до температуры воспламенения.
При этом в струе кислорода происходит быстрое сгорание металла и продукты окисления в виде шлака выбрасываются струей наружу. Основное назначение газовой резки — вырезка заготовок из листов конструкционной, углеродистой и других марок сталей.
Перед началом вырезки очищают лист и размечают на поверхности требуемые заготовки. Зачистку поверхности листа от окалины производят механизированно-ручным способом металлическими щетками и предварительным нагревом листа пламенем горелки. Отрегулировав газорежущее пламя горелки, приступают к вырезке заготовок.
Резку всегда начинают от внешней кромки и ведут резак, перекатывающийся на роликах, по намеченным рискам. Качество газовой резки и ее производительность зависят от подогревающего пламени, а также от равномерности и скорости передвижения резака и его расстояния от поверхности разрезаемого металла.
Подогревающее пламя должно обеспечивать быстрый нагрев детали в начале резки и максимальную скорость резки. Оно должно быть узким и достаточно длинным. Во время резки следует стремиться делать наименьшую ширину реза, избегать оплавления и науглероживания кромок вырезаемых деталей.
Ручная газовая резка в настоящее время применяется сравнительно мало. Она заменена машинной резкой.
Применяется также высокопроизводительная плазменная резка листов. Это резко повышает производительность и улучшают качество работ.
Глубина прорезания кислородной струей может достигать одного метра и более, поэтому этот вид резки имеет неограниченное применение при разделке различных болванок, броневых листов и даже применяется под водой при разрезании затонувших корпусов судов.
Чугун, алюминий, медь и ее сплавы газовой резке не поддаются, так как температура воспламенения у этих металлов выше температуры плавления.
Кузнечная сварка состоит в том, что разогретые концы двух стальных свариваемых деталей накладываются друг на друга и место соединения проковывается вручную или под молотом. В процессе проковывания при t
l400-l460°C происходит диффузия частиц металла и обеспечивается достаточно прочное соединение.
Термитная сварка основана на способности термита (порошковая смесь металлического алюминия с железной окалиной) при воспламенении давать высокую температуру.
При этой температуре (2300-3000°) восстанавливается из окиси железо, которое в жидком состоянии заполняет ванну и образует сварочный шов; высвободившийся из окиси железа кислород частично сгорает, а частично вступает в соединение с алюминием, образуя окись алюминия в виде падежной защитной пленки на поверхности сварочного шва.
Термитная сварка, так же как и кузнечная, применяется ограниченно, например при сварке рельсов, что, видимо, объясняется большой трудоемкостью и малой производительностью этих методов.
Для сварки аналогичных деталей и инструментов встык в настоящее время применяется метод сварки — трением. Сварка выполняется на специальном оборудовании. Две заготовки из разных или одинаковых металлов зажимаются в приспособления, торцы их сближаются друг с другом.
При этом одной из деталей сообщается вращение. В результате трения при вращении заготовки возникает высокая температура и оплавляются торцы. Вращение останавливают и дают дополнительное сдавливание, в результате чего получается надежное, прочное соединение.
Сварка трением пока еще широкого промышленного распространения не получила, однако этот вид сварки имеет ряд преимуществ в сравнении с электроконтактным методом (повышенная прочность, отсутствие газовых выделений и пр.).
Метод вполне пригоден для сварки деталей небольших размеров, изготовленных из стали, меди, алюминия, латуни и других материалов.
Еще используется метод, так называемой холодной сварки. Он основан на пластической деформации металла. Применим для сварки цветных металлов одноименных и разноименных марок. Процессу сварки предшествует хорошая зачистка соединяемых поверхностей.
После зачистки оба образца сближаются торцами и их сдавливают друг с другом на специальном пневматическом прессе. После сдавливания получается надежное, прочное соединение, основанное на пластической деформации и диффузии металлов.
Метод сварки назван холодным потому, что образцы при сдавливании остаются совершенно холодными
Детали машин
Сварка – это технологический процесс соединения твёрдых материалов (металлов и некоторых неметаллов) в результате действия межатомных сил, которое происходит при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании свариваемых деталей конструкций.
Современные способы сварки металлов можно разделить на две большие группы: сварка плавлением (сварка в жидкой фазе, термическая сварка), и сварка давлением (сварка в твёрдой фазе, механическая, термомеханическая).
При сварке плавлением материал соединяемых деталей самопроизвольно, без приложения внешних сил соединяется в одно целое в результате расплавления, смачивания и взаимного растворения в зоне сварки.
К сварке плавлением относятся: дуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая, лучевая и др.
При сварке давлением для образования соединения без расплавления требуется значительное давление на контактную поверхность свариваемых деталей. К сварке давлением относятся холодная, ультразвуковая, сварка трением, взрывом и др.
Граница между этими группами не всегда достаточно чёткая, например возможна сварка с частичным оплавлением деталей и последующим сдавливанием их (контактная электросварка).
Виды и способы сварки можно классифицировать и по другим признакам, например, по роду энергии: электрическая (дуговая, контактная, электрошлаковая, плазменная, индукционная и т. д.), механическая (трением, холодная, ультразвуковая и т. п.), химическая (газовая, термитная), лучевая (фотонная, электронная, лазерная).
Наиболее распространенными видами сварки являются электродуговая, электронно-лучевая, газовая (термическая сварка плавлением); контактная и термокомпрессионная (термомеханическая сварка); трением, холодная и ультразвуковая (сварка давлением или механическая сварка).
Электродуговая сварка
Электросварка – один из способов сварки, использующий для нагрева и расплавления металла электрическую дугу, образующуюся между электродом и свариваемым металлом.
Температура электрической дуги (до 7000°С) значительно выше температуры плавления всех известных металлов, поэтому процесс дуговой сварки сопровождается быстрым и эффективным расплавлением свариваемых деталей в зоне соединения.
В процессах электродуговой сварки применяются как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды (угольные, графитовые, вольфрамовые). В первом случае формирование сварного шва происходит плавящимся электродом, во втором случае – расплавлением присадочного материала (проволоки, прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.
Электродуговую сварку часто выполняют в среде защитного газа (аргона, гелия, углекислоты или их смесей) для защиты металла сварного шва от окисления. Газы подаются в зону дуги из сварочной головки в процессе электросварки.
Различают электродуговую сварку переменным и постоянным током. Сварка постоянным током меньше разбрызгивает металл, поскольку отсутствует амплитудное колебание напряжения, инициирующие разбрызгивание.
Электродуговую сварку классифицируют по разным технологическим признакам: по степени механизации (ручная, полуавтоматическая, автоматическая, по роду используемого электрического тока (постоянный с плюсом на электроде, постоянный с минусом на электроде, переменный), по типу дуги (зависимая дуга, независимая дуга), по свойствам электрода (плавящийся, неплавящийся), по свойствам материала покрытия электродов и некоторым другим показателям.
Дуговая электрическая сварка – важнейшее российское изобретение. Угольно-дуговая сварка впервые предложена Н. И. Бенардосом в 1882 г. Н. Г. Славянов в 1888 г. предложил сварку металлическим электродом.
Газовая сварка
Газовая сварка сопровождается местным расплавлением металла пламенем горючих газов сварочной горелки. Для повышения температуры пламени применяют смесь горючего газа с технически чистым кислородом.
В качестве горючего газа чаще всего используется ацетилен, поскольку ацетилено-кислородное пламя даёт очень высокую температуру горения (3100 – 3200°С).
Водородно-кислородная, бензино-кислородная и другие виды газовой сварки применяются реже.
Ацетилен получают разложением карбида кальция в воде с помощью ацетиленовых генераторов или промышленным способом. Кислород и ацетилен по шлангам подводятся к сварочной горелке, смешиваются в ней и сгорают на выходе из мундштука горелки, образуя сварочное пламя, которое одновременно оплавляет кромки соединяемых деталей и пруток присадочного металла, создавая сварной шов.
Газовая сварка применяется для стали, чугуна, меди, алюминия, всевозможных сплавов, при толщине свариваемых деталей от 0,1 до 6 мм, реже до 40 – 50 мм, так как при большой толщине заготовок выгоднее использовать более дешёвые и удобные способы сварки.
Широко распространена также наплавка всевозможных деталей с помощью газовой сварки.
Технология газовой сварки плохо поддается автоматизации и механизации, поэтому этот вид сварки обычно выполняется вручную. Газовая сварка даёт удовлетворительное качество шва, однако при этом способе сварки нередки случаи коробления свариваемых деталей вследствие нагрева большой площади металла. Преимущества газовой сварки: портативность и невысокая стоимость аппаратуры.
Недостатками этого вида сварки является высокая стоимость и взрывоопасность работ.
Лазерная сварка
Лазерная сварка – технологический процесс получения неразъемного соединения частей изделия путем местного расплавления металлов посредством нагрева по примыкающим поверхностям с помощью лазерного луча.
Когда лазерный луч попадает на металл, энергия излучения поглощается, металл нагревается и плавится. В результате такого плавления и последующей кристаллизации возникает прочное сцепление, образующее сварной шов.
Сцепление свариваемых поверхностей основано на межатомном взаимодействии в металле.
Таким образом, лазерная сварка относится к методам сварки плавлением.
Как и любой технологический процесс, лазерная сварка имеет свои преимущества и недостатки. К основным преимуществам лазерной сварки можно отнести: локальность обработки материала, высокую производительность, технологическую гибкость и удобство.
Электронно-лучевая сварка
Электронно-лучевая сварка имеет сходную с лазерной сваркой принципиальную технологию.
При этом способе соединения деталей нагрев осуществляется потоком заряженных частиц, поэтому для эффективности процесса необходим вакуум.
Лазерная сварка, в отличие от электронно-лучевой, может осуществляться в атмосфере или любой газовой среде, хотя для уменьшения окислительных процессов в свариваемом металле обычно применяют аргон.
Электронно-лучевой и лазерной сваркой чаще всего сваривают тугоплавкие и сильно окисляющиеся металлы и сплавы.
Контактная сварка осуществляется путем нагрева металла проходящим через него электрическим током в сочетании с пластической деформацией, вызываемой сжимающим усилием между свариваемыми поверхностями.
Различают следующие виды контактной сварки: точечную, стыковую, роликовую (шовную) и конденсаторную.
Основные параметры режима всех способов контактной сварки – это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей.
Контактная сварка – самый производительный способ сварки в промышленном производстве, допускающий широкую автоматизацию и механизацию процессов.
Осуществляется этот вид сварки на контактных сварочных машинах, которые бывают стационарными, передвижными и подвесными, универсальными и специализированными.
Термокомпрессионная сварка
Термокомпрессионная сварка осуществляется под давлением с местным нагревом участка соединения за счет теплопередачи от нагретого электрода. Термокомпрессия – это процесс соединения двух материалов, находящихся в твердом состоянии, при воздействии на них теплоты и давления.
Температура нагрева соединяемых термокомпрессией материалов не должна превышать температуру образования их эвтектики (точки перехода от твердой к жидкой фазе любого из материалов), кроме того, один из материалов обязательно должен быть пластичным.
Получение прочного соединения термокомпрессиоиной сваркой можно объяснись следующим образом. На поверхностях контактной площадки и электродной проволоки имеется множество микровыступов и микровпадин, которые под действием давления и нагрева деформируются. При этом материал электрода и детали взаимно затекают в микровпадины, соединяя детали сплавлением.
В машиностроении и приборостроении термокомпрессионной сваркой чаще всего соединяют следующие пары материалов: золото – германий, золото – кремний, золото – алюминий, золото – золото, алюминий – алюминий, золото – серебро и алюминий – серебро.
Сварка трением
Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения.
Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой или вставки между деталями, при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка с относительно малыми амплитудами и при звуковой частоте. Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением.
Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения или относительного перемещения свариваемых деталей.
В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы. По мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок, присутствующих на них в исходном состоянии. Граничное трение уступает место сухому.
Далее в контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей.
Разновидностью сварки трением является инерционная сварка.
При этом способе вращаемую деталь располагают в маховике, который раскручивают до заданной скорости и далее она вместе с маховиком вращается по инерции. Свариваемые детали соединяют и сварка завершается остановкой вращения маховика.
Холодная сварка
Этот вид сварки осуществляется сильным сжатием соединяемых деталей. Холодная сварка – сложный физико-химический процесс, протекающий только в условиях пластической деформации соединяемых деталей.
Без пластической деформации в обычных атмосферных условиях практически невозможно получить полноценное монолитное соединение.
Роль деформации при холодной сварке заключается в предельном утонении или удалении слоя оксидов, в сближении свариваемых поверхностей до расстояния, соизмеримого с параметром кристаллической решетки, а также в повышении энергетического уровня поверхностных атомов, обеспечивающем возможность образования химических связей.
В зависимости от схемы пластической деформации заготовок различают точечную, шовную и стыковую разновидности холодной сварки.
Холодной сваркой можно соединять, например, алюминий, медь, свинец, цинк, никель, серебро, кадмий, железо. Особенно велико преимущество холодной сварки перед другими способами сварки при соединении разнородных металлов, чувствительных к нагреву или образующих интерметаллиды.
Для получения прочных и плотных швов необходимо предварительно очистить поверхности контакта от окислов. Прочность соединения при точечной холодной сварке может быть выше, чем при точечной контактной сварке, но при этом значительно хуже внешний вид соединения из-за вмятин и пластической деформации.
Ультразвуковая сварка
Ультразвуковая сварка – способ сварки деталей конструкций с применением ультразвука для сообщения колебаний инструменту, прижимаемому к поверхностям свариваемых материалов.
При этом соединение металлов осуществляется в твердой фазе (без расплавления) – металл разогревается до температуры 200…600°С в результате действия сил трения между инструментом и металлом.
Пластическая деформация металла облегчается благодаря снижению предела текучести при пропускании через свариваемые детали ультразвуковых колебаний.
Поскольку колебания инструмента способствуют очистке свариваемой поверхности, шов получается высокого качества. Этим способом соединяют отдельными точками или непрерывным швом главным образом листовые металлы (алюминий, титан, медь), некоторые сплавы, пластмассы.
Достоинства сварных соединений
Малая масса. По сравнению с заклепочными соединениями экономия металла составляет 15–20%, т.к.
в заклепочных соединениях отверстия под заклепки ослабляют материал и обязательно применение накладок или частичное перекрытие соединяемых деталей. По сравнению с литыми стальными конструкциями экономия по массе составляет до 30%.
Сваркой можно получить более совершенную конструкцию (литье не допускает большие перепады размеров) с малыми припусками на механическую обработку.
Малая стоимость. Стоимость сварной конструкции из проката примерно в два раза ниже стоимости литья и поковок.
Экономичность процесса сварки, возможность его автоматизации. Это связано с малой трудоемкостью процесса, сравнительной простотой и дешевизной оборудования: не нужны одновременное плавление большого количества металла, как при литье, и мощные дыропробивальные машины для установки заклепок большого диаметра.
Плотность и герметичность соединения. Герметичность сварных соединений используется в различных трубопроводах, газопроводах, металлических сосудах и т. п.
Соединение крупногабаритных деталей. Сварка дает возможность получения конструкций очень больших размеров, что невозможно, например, при литье. Примеры: сварной мост через реку Днепр, антенны радиотелескопов.
К достоинствам сварки следует отнести, также, возможность соединения различных материалов и деталей разных форм. Такие способы сварки, как лазерная, холодная, электронно-лучевая обладают рядом достоинств, которые позволяют использовать их при изготовлении высокоточных деталей и соединений.
Недостатки сварных соединений
Возможность получения скрытых дефектов сварного шва (трещины, непровары, шлаковые включения). Применение автоматической сварки в значительной мере устраняет этот недостаток.
Трудность контроля качества сварного шва. Существующие рентгеноскопические и ультразвуковые методы сложны.
Коробление деталей из–за неравномерности нагрева в процессе сварки.
Невысокая прочность при переменных режимах нагружения. Сварной шов является сильным концентратором напряжений.
Область применения сварных соединений
Сварные соединения широко применяют в строительстве. В машиностроении сварку применяют для получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве. Сварными выполняют станины, рамы, корпуса редукторов, шкивы, зубчатые колеса, коленчатые валы, корпуса судов, кузова автомобилей, обшивку железнодорожных вагонов, трубопроводы, мосты, антенны радиотелескопов и др.
В массовом производстве применяют штампосварные детали.
Наибольшее распространение получили соединения электродуговой и газовой сваркой. Хорошо свариваются низко– и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали, чугуны и сплавы цветных металлов свариваются хуже.