Технологический процесс сварки

РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ИНСТИТУТ

ПРОФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРОЗОВАНИЯ

Сварка, резка материалов и труб

КОГТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

ВАРИАНТ № 11

ЗУЙКЕВИЧ

ВЛАДИСЛАВ ИОСИФОВИЧ

КУРС 3, ГРУППА 211-11

ШИФР № 6311

г. МИНСК ул. АВОКЯНА д 34 к 3 кв. 10

Вопросы :

1. Раскройте  сущность  технологического процесса сварки и объясните способы его выполнения.

2. Приведите классификацию сварочных швов по  выполнению в пространстве, отношения к усилиям, форме и числу слоёв  металла в сварочном шве.

3.  Объясните способы повышения производительности  ручной дуговой сварки.

4. Перечислите основные части  и объясните принцип работы машины  для точечной контактной  сварки и укажите  область применения.

5. Перечислите появления внутренних, наружных, сквозных дефектов сварочных швов.

ОТВЕТЫ:

Раскройте  сущность  технологического процесса сварки и объясните способы его выполнения.

Сварка - это один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки обеспечили её широкое применение в народном хозяйстве. С помощью сварки осуществляется производство судов, турбин, котлов, самолётов, мостов, реакторов и других необходимых конструкций.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.

Сварное соединение металлов характеризует непрерывность структур. Для получения сварного соединения нужно осуществить межмолекулярное сцепление между свариваемыми деталями, которое приводит к установлению атомарной связи в пограничном слое.

Если зачищенные поверхности двух соединяемых металлических деталей при сжатии под большим давлением сблизить так, чтобы могло возникнуть общее электронное облако, взаимодействующее с ионизированными атомами обоих металлических поверхностей, то получаем прочное сварное соединение. На этом принципе основана холодная сварка пластичных металлов.

При повышении температуры в месте соединения деталей амплитуды колебания атомов относительно постоянных точек их равновесного состояния увеличиваются, и тем самым создаются условия более легкого получения связи между соединяемыми деталями. Чем выше температура нагрева, тем меньшее давление требуется для осуществления сварки, а при нагреве до температур плавления необходимое давление становится равным нулю.

Кусок твёрдого металла можно рассматривать как гигантскую молекулу, состоящую из атомов, размещённых в строго определённом, зачастую очень сложном порядке и прочно связанных в одно целое силами межатомного взаимодействия.

Принципиальная сущность процесса сварки очень проста. Поверхностные атомы куска металла имеют свободные, ненасыщенные связи, которые захватывают всякий атом или молекулу, приблизившуюся на расстояние действия межатомных сил. Сблизив поверхности двух кусков металла на расстояние действия межатомных сил или, говоря проще, до соприкосновения поверхностных атомов, получим по поверхности соприкосновения сращивание обоих кусков в одно монолитное целое с прочностью соединения цельного металла, поскольку внутри металла и по поверхности соединения действуют те же межатомные силы. Процесс соединения после соприкосновения протекает самопроизвольно (спонтанно), без затрат энергии и весьма быстро, практически мгновенно.

Объединение отдельных объёмов конденсированной твёрдой или жидкой фазы в один общий объём сопровождается уменьшением свободной поверхности и запаса энергии в системе, а потому термодинамически процесс объединения должен идти самопроизвольно, без подведения энергии извне. Свободный атом имеет избыток энергии по сравнению с атомом конденсированной системы, и присоединение свободного атома сопровождается освобождением энергии. Такое самопроизвольное объединение наблюдается на объёмах однородной жидкости.

Гораздо труднее происходит объединение объёмов твёрдого вещества: приходится затрачивать значительные количества энергии и применять сложные технические приёмы для сближения соединяемых атомов. При комнатной температуре обычные металлы не соединяются не только при простом соприкосновении, но и при сжатии значительными усилиями. Две стальные пластинки, тщательно отшлифованные и пригнанные, подвергнутые длительному сдавливанию усилием в несколько тысяч килограммов, по снятии давления легко разъединяются, не обнаруживая никаких признаков соединения. Если соединения возникают в отдельных точках, они разрушаются действием упругих сил при снятии давления. Соединению твёрдых металлов мешает, прежде всего, их твёрдость, при их сближении действительное соприкосновение происходит лишь в немногих физических точках, и расширение площади действительного соприкосновения достаточно затруднительно.

Металлы с малой твёрдостью, например, свинец, достаточно прочно соединяются уже при незначительном сдавливании. У более важных для техники металлов твёрдость настолько велика, что поверхность действительного соприкосновения очень мала по сравнению с общей кажущейся поверхностью соприкосновения, даже на тщательно обработанных и пригнанных поверхностях.

На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности металла - окислы, жировые плёнки и пр., а также слои адсорбированных молекул газов, образующиеся на свежезачищенной поверхности металла под действием атмосферы почти мгновенно. Поэтому чистую поверхность металла, лишенную слоя адсорбированных газов, можно сколько-нибудь длительно сохранить лишь в высоком вакууме. Такие естественные условия имеются в космическом пространстве, где металлы получают способность довольно прочно свариваться или “схватываться” при случайных соприкосновениях. В обычных же, земных условиях приходится сталкиваться с отрицательным действием, как твёрдости металлов, так и слоя адсорбированных газов на поверхности. Для борьбы с этими затруднениями техника использует два основных средства: нагрев и давление. Поскольку данная работа посвящена сварке металлов посредством плавления, сварка давлением ниже подробно освещаться не будет.

Сварка плавлением.

Сварка плавлением осуществляется нагревом свариваемых кромок до температуры плавления без сдавливания свариваемых деталей.

При нагреве с повышением температуры снижается твёрдость металла и возрастает его пластичность. Металл, твёрдый и малопластичный при комнатной температуре, при достаточном нагреве может стать очень мягким и пластичным. Дальнейшим повышением температуры можно довести металл до расплавления; в этом случае отпадают все затруднения, связанные с твёрдостью металла; объёмы жидкого металла самопроизвольно сливаются в общую сварочную ванну.

Во многих случаях на процесс сварки существенно влияют загрязнения поверхности металла: преимущественно окислы и жировые плёнки. Эти загрязнения, попадая в сварное соединение, могут снижать качество сварки. Они, в отличие от адсорбированных газов, могут быть удалены с поверхности металла механически (щётками, абразивами и т.д.) или химически (растворителями, травителями, и флюсами).

Специфическим для сварки средством очистки служат флюсы, растворяющие окислы при повышенных температурах. Помимо устранения загрязнений с поверхности металла, принимаются меры к уменьшению загрязнения металла в процессе сварки, в первую очередь окислами. Для этой цели используются флюсы, шлаки, защитные газы, вдуваемые в зону сварки.

2. Приведите классификацию сварочных швов по  выполнению в пространстве, отношения к усилиям, форме и числу слоёв  металла в сварочном шве.

Сварные швы по внешнему виду подразделяются на

нормальные (плоские), выпуклые (усиленные) и вогнутые (ослабленные).

Выпуклые сварные швы лучше работают при статических (постоянных) нагрузках, однако они неэкономичны. Нормальные и вогнутые швы лучше подходят при динамических и знакопеременных нагрузках, поскольку за счет более плавного перехода от основного металла к сварному шву снижается вероятность возникновения концентрации напряжений, приводящих к разрушению шва.

По выполнению сварные швы могут быть односторонними и двусторонними.

По количеству слоев сварка бывает однослойной и многослойной, по числу проходов – однопроходной и многопроходной.

Многослойный шов используется при сварке толстого металла, а также чтобы уменьшить зону термического влияния. Проход – однократное перемещение источника тепла в одном направлении при сварке или наплавке. Валиком называется часть металла сварного шва, которая была наплавлена за один проход. Слой сварного шва – металл шва, состоящий из одного, двух или нескольких валиков, которые размещены на одном уровне поперечного сечения шва.

В зависимости от протяженности сварные швы бывают непрерывными и прерывистыми. Стыковые швы обычно делают непрерывными. Угловые швы могут быть выполнены

непрерывными;

односторонними прерывистыми;

двусторонними цепными;

двусторонними шахматными;

а также могут быть точечными.

По направлению действующего усилия сварные швы делятся на

продольные (фланговые) – направление действующего усилия параллельно оси сварного шва;

поперечные (лобовые) – направление действующего усилия перпендикулярно оси сварного шва;

комбинированные – сочетание продольного и поперечного швов;

косые – направление действующего усилия размещено под углом к оси сварного шва.

По положению в пространстве швы подразделяются на:

нижние (Н);

«в лодочку» (Л);

горизонтальные (Г);

полугоризонтальные (Пг);

полувертикальные (Пв);

вертикальные (В);

полупотолочные (Пп);

потолочные (П).

По назначению сварные швы бывают

прочные;

плотные (герметичные); прочно-плотные.

В зависимости от условий работы сварного изделия швы делятся на

рабочие, предназначенные непосредственно для нагрузок;

нерабочие (связующие или соединительные), используемые только для соединения частей сварного изделия.

По ширине сварные швы подразделяются на

ниточные с шириной шва равной или незначительно превышающей диаметр электрода, выполняются без поперечных колебательных движений сварочного электрода;

уширенные, которые выполняют с поперечными колебательными движениями электрода.

3.  Объясните способы повышения производительности  ручной дуговой сварки.

Сварка электродами с повышенным коэффициентом наплавки. При увеличении в рутиловом покрытии электродов содержания железного порошка с 20 до 50-60 % производительность сварки в нижнем положении возрастает примерно в 1,5-2 раза. К таким относятся электроды АН-1, ОЗС-3, ЗРС-1 и др., использование которых существенно повышает производительность сварочных работ.

Сварка с глубоким проплавлением. При этом способе сварку ведут при опирании козырьком покрытия электрода на кромки свариваемого металла, используют электроды (например, марки ОЗС-3) с повышенной толщиной покрытия. Масса покрытия 60-80 % массы стержня при отношении диаметра электрода к диаметру стержня 1,5-1,6.

Наклон электрода к линии шва под углом 70-80° обеспечивает вытеснение жидкого металла из сварочной ванны в сторону валика давлением дуги, давая возможность тепловому потоку дуги воздействовать на более глубокие слои основного металла. В результате глубина проплавления возрастает, уменьшается доля электродного металла в металле шва, чем и обеспечивается повышение производительности. Процесс позволяет выполнять одностороннюю сварку стыковых соединений без разделки кромок металла толщиной до 8-10 мм и двустороннюю сварку металла толщиной до 16-18 мм.

Сварка трехфазной дугой. Такая сварка заключается в том, что к двум электродам и свариваемому металлу подводится ток от трех фаз источника переменного тока. В процессе сварки действуют три одновременно горящие сварочные дуги: две между электродами и основным металлом и одна между электродами. Количество выделяемого при этом тепла и соответственно производительность возрастают по сравнению со сваркой однофазной дугой в 2-3 раза. Для сварки трехфазной дугой используют электроды, состоящие из двух параллельно расположенных стержней с общим покрытием. Конструкция электрододержателей обеспечивает подвод тока раздельно к каждому стержню электрода.

Сварку выполняют ручным и механизированным способами. Металл шва имеет достаточно хорошие механические свойства. Питание трехфазной дуги осуществляют от двух обычных трансформаторов, соединенных в треугольник, либо от трех однофазовых трансформаторов. Сварка наклонным электродом. При этом способе дуговой сварки покрытый электрод располагают наклонно вдоль свариваемых кромок, опираясь на них козырьком (втулкой) рабочего конца, и по мере расплавления электрода под действием силы тяжести или пружины дуга перемещается по линии шва. Простейшее приспособление (штативного типа) для этой цели состоит из стойки, электрически изолированной от свариваемого металла, и обоймы с прикрепленным к ней проводом от источника сварочного тока. Обойма свободно скользит по стойке.