Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов

 

 

 

8.   Контактная сварка.

 

     Контактная  сварка относится к видам сварки  с кратковременным нагревом места  соединения без оплавления или  с оплавлением и осадкой разогретых  заготовок. Характерная особенность  этих процессов - пластическая  деформация, в ходе которой формируется  сварное соединение.

 

     Место соединения  разогревается проходящим по  металлу электрическим током,  причем максимальное количество  теплоты выделяется в месте  сварочного контакта.

 

     На поверхности  свариваемого металла имеются  пленки оксидов и загрязнения  с малой электропроводимостью, которые  также увеличивают электросопротивление  контакта. В результате в точках  контакта металл  нагревается  до термопластического состояния  или до оплавления. При непрерывном  сдавливании нагретых заготовок  образуются новые точки соприкосновения,  пока не произойдет полное  сближение до межатомных расстояний, т. е. сварка поверхностей.

 

     Контактную  сварку классифицируют по типу  сварного соединения, определяющего  вид сварочной машины, и по  роду тока, питающего сварочный  трансформатор. По типу сварного  соединения различают сварку  стыковую, точечную, шовную.

 

 

8.1.   Стыковая сварка.

 

     Стыковая сварка - разновидность контактной сварки, при которой заготовки свариваются  по всей поверхности соприкосновения.  Свариваемые заготовки закрепляют  в зажимах стыковой машины. Зажим  1 установлен на подвижной плите,  перемещающийся в направляющих, зажим 2  укреплен на неподвижной  плите. Сварочный трансформатор  соединен с плитами, гибкими  шинами и питается от сети через  включающее устройство. Плиты перемещаются, и заготовки сжимаются под действием усилия, развиваемого механизмом осадки.

 

     Стыковую сварку  с разогревом стыка до пластического  состояния и последующей осадкой  называют - сваркой оплавлением.

 

     Сварка оплавлением  имеет преимущества перед сваркой  сопротивлением. В процессе оплавления  выравниваются все неровности  стыка, а оксиды и загрязнения  удаляются, поэтому не требуются  особой подготовки места соединения. Можно сваривать заготовки с  сечением, разнородные металлы (быстрорежущую  и углеродистую стали, медь  и алюминий и т.д.).

 

     Наиболее распространенными  изделиями, изготовляемые стыковой  сваркой, служат элементы трубчатых  конструкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы, железобетонная  арматура.

 

 

8.2.   Точечная сварка.

 

     Точечная сварка - разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются  в отдельных точках. При точечной  сварке заготовки собирают внахлестку  и зажимают между электродами,  подводящими ток к месту сварки. Соприкасающиеся с медными электродами  поверхности свариваемых заготовок  нагреваются медленнее их внутренних  слоев. Нагрев продолжается до  пластического состояния внешних  слоев и до расплавления внутренних  слоев. Затем выключают ток  и снимают давление. В результате  образуется литая сварная точка.

 

     Точечная сварка  в зависимости от расположения  электродов по отношению к  свариваемым заготовкам может  быть двусторонней и односторонней.

 

     Многоточечная  контактная сварка - разновидность  контактной сварки, когда за один  цикл свариваются несколько точек.  Многоточечную сварку выполняют  по принципу односторонней точечной  сварки. Многоточечные машины могут  иметь от одной пары до 100 пар  электродов, соответственно сваривать  2 -200 точек одновременно. Многоточечной  сваркой сваривают одновременно  и последовательно. В первом  случае все электроды сразу  прижимают к изделию, что обеспечивает  меньшее коробление и большую  точность сборки. Ток распределяется  между прижатыми электродами  специальным токораспределителем,  включающим электроды попарно.  Во втором случае пары электродов  опускают поочередно или одновременно, а ток подключают поочередно  к каждой паре электродов от  сварочного трансформатора. Многоточечную  сварку применяют в основном в массовом производстве, где требуется большое число сварных точек на заготовке.

 

 

8.3.   Шовная сварка.

 

     Шовная сварка - разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми  заготовками  образуется прочное  и плотное соединение. Электроды  выполняют в виде плоских роликов,  между которыми пропускают свариваемые  заготовки.

 

     В процессе  шовной сварки листовые заготовки  соединяют внахлестку, зажимают  между электродами и пропускают  ток. При движении роликов по  заготовкам образуются перекрывающие  друг друга сварные точки, в  результате чего получается сплошной  геометрически шов. Шовную точку,  так же как и точечную, можно  выполнить при двустороннем и  одностороннем расположениях электродов.

 

     Шовную сварку  применяют в массовом производстве  при изготовлении различных сосудов.  Толщина свариваемых листов составляет 0,3 - 3 мм. Шовной сваркой выполняют  те же типы сварных соединений, что и точечной, но используют  для получения герметичного шва.

 

 

9.   Газовая сварка  и резка металлов.

 

     При сварке  место соединения нагревают до  расплавления высокотемпературным  газовым пламенем. При нагреве  газосварочным пламенем кромки  свариваемых заготовок расплавляются,  а зазор между ними заполняется  присадочным металлом, который вводят  в пламя горелки извне. Газовое  пламя получают при сгорании  горючего газа в атмосфере  технически чистого кислорода.

 

     Кислородный  баллон представляет собой стальной  цилиндр со сферическим днищем  и горловиной для крепления  запорного вентиля. На нижнюю  часть баллона  насаживается  башмак, позволяющий ставить баллон  вертикально. На горловине имеется  кольцо с резьбой для навертывания  защитного колпака. Средняя жидкостная  вместимость баллона 40 дм3. При  давлении 15 МПа он вмещает ~ 6000дм3 кислорода.

 

     Ацетиленовые  баллоны окрашивают в белый  цвет  и делают на них надпись  красной краской «Ацетилен». Их  конструкция аналогична конструкции  кислородных баллонов. Давление  ацетилена в баллоне 1,5 МПа.  В баллоне находится пористая  масса (активизированный уголь)  и ацетон. Растворения ацетилена  в ацетоне позволяет поместить  в малом объеме большое количество  ацетилена. Растворенный в ацетоне  ацетилен  пропитывает пористую  массу и становится безопасным.

 

     При газовой  сварке, заготовки нагреваются более  плавно, чем при дуговой; это  и определяет основные области  ее применения: для сварки металлов  малой толщины (0,2 - 3 мм); легкоплавких  цветных металлов и сплавов,  требующих постепенного нагрева  и охлаждения, например инструментальных  сталей, чугуна, латуней; для пайки  и наплавочных работ; для подварки  дефектов в чугунных и бронзовых  отливках. При увеличении толщины  металла производительность газовой  сварки резко снижается. При  этом за счет медленного нагрева  свариваемые изделия значительно  деформируются. Это ограничивает  применение газовой сварки.

 

     Газокислородная  резка заключается в сжигании  металла в струе кислорода  и удалении этой струей образующихся  оксидов. При горении железа  в кислороде выделяется значительное  количество теплоты. 

 

     Для обеспечения  нормального процесса резки металл  должен отвечать следующим требованиям:  температура его плавления должна  быть выше температуры горения  в кислороде; температура плавления  оксидов металла должна быть  ниже температуры его плавления;  количество теплоты, выделяющееся  при сгорании металла в кислородной  струе, должно быть достаточным  для поддержания непрерывного  процесса резки; теплопроводность  металла не должна быть слишком  высокой, в противном случае  теплота слишком интенсивно отводится  и процесс резки прекращается; образующиеся оксиды должны быть  достаточно жидкотекучими и легко  выдуваться вниз струей режущего  кислорода.

 

     Практически  указанным требования отвечают  железо, низкоуглеродистые и низко-легированные  стали.

 

     По характеру  и направленности кислородной  струи различают следующие способы  резки.

 

     Разделительная  резка - режущая  струя направлена  нормально к поверхности металла  и прорезает его на всю толщину.  Разделительной резкой раскраивают  листовую сталь, разрезают профильной  материал, вырезают косынки, круги,  фланцы и т. п. Поверхностная  резка - режущая струя направлена  под очень малым углом к  поверхности металла (почти параллельно  ей) и обеспечивают грубую ее  строжку или обдирку. Ею удаляют  поверхностные дефекты отливок.

 

     Резка кислородным  копьем - копье образуется тонкостенной  стальной трубкой, присоединенной  к рукоятке и свободным концом  прижатой к прожигаемому металлу.  Кислородным копьем отрезают  прибыли крупных отливок, прожигают  летки в металлургических печах,  отверстия в бетоне и т. п. 

 

     Резка может  быть ручной и машинной.

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА II

 

10.    Сборка и техника  сварки.

 

      Сборка деталей  под сварку- это трудоемкость  составляющая около 30% от общей  трудоемкости изготовления изделия.  Она зависит от ряда условий  (серийность производства, типа изделия  и.т.д.).

 

      Для уменьшения  времени сборки, а так же для  повышения ее точности, применяют  различные приспособления.

 

      Приспособления  могут быть предназначены только  для сборки деталей под сварку, или только  для сварки уже  собранного изделия (например, для  выполнения швов в изделии  только в нижнем положении)  или используются комбинированные  сборочно-сварочные приспособления.

 

     Изделия чаще  собирают на сварочных прихватках. Сварочные прихватки представляют  собой неполноценные короткие  швы с поперечным сечением  до 1/3 сечения полного шва.

 

     Длина прихватки  от 20 до 100 мм в зависимости от  толщины свариваемых листов и  длины шва, расстояние между  прихватками в зависимости от  условий иногда достигает 1 метр.

 

     Прихватки придают  изделию жесткость и препятствуют  перемещению деталей, что может  привести к трещинам в прихватках  при их охлаждении.

 

     Чем больше  толщина свариваемых листов, тем  больше, растягивается усадочная  сила в прихватках и больше  возможность образования трещин. Поэтому сборку на сварочных  прихватках применяют для конструкций  из листов небольшой толщины  (до 6-8 мм) и труб.

 

     При значительной  толщине листов необходимо обеспечить  податливость деталей, и сборку  изделия выполняют на механических  приспособлениях.

 

           

 

10.1   Техника сварки.

 

10.1.1.   Зажигание дуги.

 

     Зажигание дуги  между покрытым электродом и  свариваемым изделием выполняют  в два приема: коротким замыканием  конца электрода с изделием  и отрывом электрода от поверхности  изделия на расстояние, равно  примерно диаметру покрытого  электрода.

 

     Короткое замыкание  электрода с изделием необходимо  для нагревание металла до  соответствующей температуры в  катодном пятне, что обеспечивает  выход первичных электронов и,  следовательно, дуги.

 

     Существует  два способа зажигания дуги  покрытыми электродами: впритык  и скольжением, чирканьем. 

 

По первому способу  зажигания дуги, металл нагревается  в точке короткого замыкания, по второму в нескольких точках, в результате скольжения торца электрода  по поверхности свариваемого изделия. Используют оба способа зажигания дуги, причем первый чаще применяется при сварке в узких и неудобных местах.

 

 

10.1.2   Длина дуги.

 

     Немедленно  после зажигания дуги начинается  плавление основного и электродного  металлов. На изделии образуется  ванна расплавленного металла.  Сварщик должен поддерживать  горение дуги так, что бы  ее длина была постоянной. От  правильно выбранной длины дуги  зависят производительность сварки  и качество сварного шва. 

 

Сварщик должен подавать электрод в дугу со скоростью плавления  электрода. Умение поддерживать дугу постоянной длины характеризует квалификацию сварщика.

 

Нормальной считают длину  дуги, равную 0,5-1,1 диаметра стержня  электрода, в зависимости от типа и марки электрода и положения  сварки в пространстве. Увеличение длины дуги снижает ее устойчивое горение, глубину проплавления основного  металла, повышает потери на угар и  разбрызгивание электрода, вызывает образование  шва с неровной поверхностью и  усиливает вредное воздействие  окружающей среды и атмосферы  на расплавленный металл.

 

 

10.1.3.   Положение электрода.

 

     Наклон электрода  при сварке зависит от положения  сварки в пространстве, толщины  и состава свариваемого металла,  диаметра электрода, вида и  толщины покрытия. Направление сварки  может быть слева на право,  справа на лево, от себя, на  себя.

 

Независимо от направления  сварки электрод должен быть наклонен к оси шва, так, что бы металл свариваемого изделия проплавлялся на наибольшую глубину и правильно бы формировался металл шва.