Обработка металлов

     1) применении очень больших усилий сжатия деталей без их нагрева;

     2) нагревании и одновременном сжатии деталей умеренными усилиями;

     3) нагревании металла в месте  соединения до расплавления без  применения сжатия.

     В не нагретом (холодном) состоянии сваривают только очень пластичные металлы, например алюминий, и при условии применения очень высоких удельных давлений сжатия.

     Сварным соединением называют неразъемное  соединение металлических частей, полученное сваркой.

     Сварным швом называется та часть сварного соединения, которая образуется расплавленным  в процессе сварки и затем затвердевшим металлом.

     Основным  металлом называется металл, из которого изготовляются свариваемые детали. Электрическая дуга или пламя  горелки расплавляет одновременно с основным металлом также металлический  электрод или присадочный пруток, образуя жидкий металл, заполняющий  шов. Металл присадочного прутка или  электрода, смешиваясь с расплавленной  частью основного металла, образует металл шва. Металл шва по своему составу  и строению отличается от основного  и присадочного металла.

     В месте нагрева основного металла  сварочной дугой или пламенем горелки образуется заполненное  жидким металлом углубление, называемое сварочной ванной. 

3. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СВАРКИ 

     Сварка  представляет собой процесс, при  котором две различные детали или материалы соединяются между  собой путем плавления.

     Всего существует три основных вида сварки: механическая, термическая и термомеханическая  сварка.

     - Механическая сварка. Она же сварка взрывом. Выделение тепла происходит за счет трения между соединяемыми материалами. Трение происходит за счет взрыва, который сжимает соприкасающиеся поверхности деталей. Данный метод применяется для плакирования металлов инородным материалом. Например, сталь плакируется алюминием.

     - Термическая сварка. Данный тип сварки включает в себя несколько разновидностей, которые мы сейчас и рассмотрим.

     - Электродуговая сварка. Самый распространённый вид сварки. Расплавление свариваемых материалов и/или деталей происходит за счет выделяемой электрической дугой теплоты. После застывания поверхности образуют единое сварное соединение. Здесь необходим сильноточный источник питания низкого напряжения. К его зажиму присоединяется сварочный электрод, к которому прикасается свариваемая деталь.

     Основными «подвидами» электродуговой сварки являются: ручная дуговая сварка, сварка неплавящимся электродом, сварка плавящимся электродом, сварка под флюсом, электрошлаковая  сварка.

     - Ручная дуговая сварка. Является универсальным технологическим процессом. С её помощью можно производить сварочные работы в любом положении, из различных марок сталей, даже при отсутствии необходимого оборудования. Используется покрытый флюсом электрод. Покрытие используется для защиты шва металла от внешних воздействий. Сварка проводится на постоянном токе прямой или обратной полярности и на переменном токе. Данный вид сварки применяется для выполнения коротких и криволинейных швов в труднодоступных местах, или монтажных работах.

     - Сварка неплавящимся электродом. В качестве электрода используется стержень из графита или вольфрама. Температура плавления данных материалов выше температуры, при которой протекает сварочный процесс. Сварка чаще всего проводится в среде защитного газа (аргон, гелий, азот и их смесях). Сварку может проводить как без присадочного материала, так и с ним. В качестве присадочного материала используются металлические прутки, проволока, полосы.

     - Сварка плавящимся электродом. В качестве электрода используется проволока (стальная, медная или алюминиевая), к которой через токопроводящий наконечник подводится ток. Электрическая дуга расплавляет проволоку, и для обеспечения её постоянной длины проволока подаётся автоматически механизмом подачи. Для защиты от атмосферы применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки вместе с электродной проволокой.

     - Сварка под флюсом. В этом виде сварки конец электрода также представлен в виде металлической проволоки или стержня, на конец которой (-го) подается слой флюса. В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту, кремниевую кислоту и др. Флюсы используются в виде порошков, паст, водных растворов. Горение дуги происходит в газовом пузыре, находящемся между металлом и слоем флюса. Сама дуга при этом не видна. Благодаря этой технологии усиливается защита металла от вредного воздействия атмосферы и улучшается глубина проплавления металла.

     - Электрошлаковая сварка. При электрошлаковой сварке в качестве электродов служат: электродная проволока, стержни, пластины. Источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток. При этом теплота, выделяемая флюсом, расплавляет кромки свариваемых деталей и присадочную проволоку. Способ находит своё применение при сварке вертикальных швов толстостенных изделий. Электрошлаковую сварку используют в машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций.

     - Плазменная сварка. Источником теплоты является плазменная струя, получаемая при нагреве электрическим током электрода. Струя плазмы сжимается и ускоряется под действием электромагнитных сил, оказывая на свариваемое изделие как тепловое, так и газодинамическое воздействие. Теплом струи расплавляется основной металл около дуги, а также присадочный металл. Помимо сварки этот способ часто используется для наплавки, напыления и резки.

     - Электронно-лучевая сварка. Источником теплоты является электронный луч. Луч получается за счёт термоэлектронной эмиссии с катода электронно-лучевой пушки. Данный вид сварки применяется в промышленных условиях в вакуумных камерах. Известна также технология сварки электронным лучом в атмосфере нормального давления, когда электронный луч покидает область вакуума непосредственно перед свариваемыми деталями.

     - Лазерная сварка. Источником теплоты служит сфокусированный лазерный луч. Применяют твердотельные, газовые, жидкостные и полупроводниковые лазерные установки. Лазерный луч также используется для резки различных материалов. Основными достоинствами лазерной сварки являются: возможность вести процесс на больших скоростях, практически отсутствие деформаций изделия и узкий шов.

     - Газопламенная сварка. Источником теплоты является газовый факел, образующийся при сгорании смеси кислорода и горючего газа. В качестве горючего газа могут быть использованы ацетилен, водород, пропан, бутан и их смеси. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, оплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны. Пламя может быть «окислительным» или «восстановительным», это регулируется количеством кислорода.

     - Термомеханическая сварка. Сварка происходит за счет нагревания свариваемых поверхностей. У этого вида сварки тоже имеются свои разновидности.

     - Контактная сварка. При данном типе сварки изделия нагреваются, и происходит их деформация, что обеспечивает их взаимное проникновение. Свариваемые детали зажимаются в сварочных клещах, и по электродам пускают ток высокого напряжения, который плавит детали. Затем ток отключают и сильно сжимают клещи, из-за чего металл кристаллизируется, образуя, сварной шов.

     - Диффузионная сварка. При диффузионной сварке соединяемые поверхности сдавливают и нагревают. Обычно этот процесс происходит в вакууме. В результате этого образуется сварочный шов. Данная технология весьма дорогостоящая и поэтому находит свое применение в основном в авиакосмической, электронной и инструментальной промышленности.

     - Кузнечная сварка. Сваривание поверхностей происходит за счет ударов кованым молотом по раскаленным деталям. Данный тип сварки не надежен, малопроизводителен и пригоден для ограниченного числа сплавов. Кузнечная сварка на сегодняшний день практически нигде не используется.

     - Сварка высокочастотными токами. Свариваемые изделия располагают вплотную друг к другу и разогревают за счет пропускания тока высокой частоты, затем детали сжимают. После этого полученному изделию необходимо остыть, и оно готово. Метод применяется в основном для изготовления труб и фасонных изделий из сортовой стали. 

4. ДОСТОИНСТВА И  НЕДОСТАТКИ ПРОЦЕССА  СВАРКИ

(приведены  некоторые виды) 

     1. Газовая сварка - это сварка плавлением, при которой метал в зоне соединения нагревается до расплавления газовым пламенем.

     У газовой сварки, как и у электродуговой, лазерной, есть свои достоинства и недостатки, обязательные к тому, чтобы их учитывать во время выбора способа сваривания.

     Преимущества газовой сварки

     Не  нужно сложного дорогого оборудования и дополнительного источника электроэнергии. Таким образом, сваривать можно даже в чистом поле. Кстати, все нефтепроводы, создаваемые в промежутке между 1926 и 1935 годами, сваривались именно с помощью газовой сварки. Эта же особенность позволяет проводить ремонтные работы в самых разных частях зданий, сооружений, областях и регионах. Можно в очень широких пределах варьировать мощностью пламени, сваривая металлы с самыми разными температурами плавления.

     Чугун, медь, свинец и латунь лучше свариваются с помощью газовой сварки. При правильном выборе марки присадочной проволоки, мощности и вида пламени, получаются высококачественные швы. Медленный нагрев и остывание свариваемых поверхностей.

     Сварщик может легко варьировать температурой пламени. Оказывается, при изменении угла наклона пламени к свариваемой поверхности меняется также температура. Если пламя расположено по нормали, то его температура максимальна. Прочность получаемых при газовой сварке швов может быть выше, чем при электродуговой сварке с применением электродов низкого качества. Газовая сварка позволяет сваривать, резать и закалять металлы.

     Недостатки газовой сварки.

     Большая зона нагрева. Близлежащие к месту сварки термически неустойчивые элементы могут быть повреждены из-за повышенной зоны нагрева. С толщиной падает производительность. Сварка металлов толщиной более 5 миллиметров невыгодна. В этих случаях применяют электродуговую сварку. При соединении внахлёст металлов толщиной более 3 миллиметров применять газовую сварку не рекомендуется, потому что возникают напряжения в металле, которые могут привести к деформации и разрушению места спайки.

     При газовой сварке применяются достаточно опасные вещества, дающие с кислородом воздуха взрывные смеси (водород, ацетилен и т.д.) Газовые баллоны, применяемые при сварке, должны быть максимально удалены от органических веществ (жиров, масел, углеводородов).

     Медленный нагрев и остывание свариваемых поверхностей. Практически не поддаётся механизации, в отличие от электродуговой сварки.При газовой сварке не получается легировать наплавляемый металл. Качество швов, получаемых электродуговой сваркой очень сильно зависит от электродов и обмазки.

     Высокоуглеродистые стали не рекомендуется сваривать с помощью газовой сварки. Вы наверняка заметили, что среди преимуществ и недостатков мы одновременно отметили медленные скорости нагревания и остывания. В действительности, это качество является и достоинством и недостатком газовой сварки. Достоинство заключается в том, что многие металлы и сплавы требуют мягких (постепенного нагрева) условий при сваривании.

     2. Преимущества и недостатки сварки под флюсом.

     Сущность процесса сварки под флюсом определяет его особенности по сравнению с ручной дуговой сваркой.

     Производительность по сравнению с ручной сваркой увеличивается в 5-12 раз. При сварке под флюсом ток по электродной проволоке проходит только в ее вылете. Поэтому можно использовать повышенные (25-100 А/мм2) по сравнению с ручной дуговой сваркой (10-20 А/мм2) плотности сварочного тока без опасения значительного перегрева электрода в вылете и отслаивания обмазки, как в покрытом электроде.

     Использование больших сварочных токов резко повышает глубину проплавления основного металла и появляется возможность сварки металла повышенной толщины без разделки кромок. При сварке с разделкой кромок уменьшается угол разделки и увеличивается величина их притупления, т.е. уменьшается количество электродного металла, необходимого для заполнения разделки. Металл шва обычно состоит приблизительно на 2/3 из переплавленного основного металла (при ручной дуговой сварке соотношение обратное). В результате растут скорость и производительность сварки. Под флюсом сваривают металл толщиной 2-60 мм при скорости однодуговой сварки до 0,07 км/ч. Применение многодуговой сварки позволяет повысить се скорость до 0,3 км/ч.