Основы технологии сварочного производства

 

Рисунок 11- Схемы холодной сварки а — внахлестку без зажатия и с зажатием свариваемых деталей перед сваркой; б — встык с зажимами, ограничивающими деформацию в большей или меньшей степени; 1 - свариваемые детали; 2 - прижимы; 3 - пуансоны.

Ультразвуковая сварка - это процесс сварки давлением, при котором соединение образуется в результате ультразвуковых колебаний одной детали относительно другой. В ультразвуковой сварке используют давления, нагрев и трение, возникающие при перемещении свариваемых поверхностей. Источником ультразвуковых колебаний является магнитострикционный преобразователь, вызывающий возвратно-поступательные движения высокой частоты (более 20 кГц) одной детали относительно другой. В результате сдвиговых деформаций контактные поверхности взаимно очищаются, нагреваются, с усилием сближаются и, пластически деформируясь, образуют сварное соединение.

Рисунок 12- Схема ультразвуковой сварки 1 - магнитострикционный преобразователь; 2 - волновод; 3 - держатель; 4 - соединяемая деталь; 5 - опора механизма сжатия.

 

8 Пайка

 

Пайкой называют процесс получения неразъёмного соединения металлов и сплавов в твёрдом состоянии посредством расплавленного материала, называемого припоем.

 Паять можно все стали (углеродистые  и легированные), чугуны, цветные  металлы и их сплавы, твердые сплавы. При пайке детали соединяются в результате смачивания и растекания жидкого припоя по нагретым поверхностям и затвердевания его после охлаждения. По прочности паяные соединения уступают сварным. Прочность сцепления припоя с соединяемыми поверхностями зависит от физико-химических и диффузионных процессов, протекающих между припоем и основным металлом. Припой представляет собой сплавы цветных металлов и подразделяют в зависимости от температуры плавления на группы: особо легкоплавкие (ТПЛ<145°С); легкоплавкие (450>Τ™> 145° С); среднеплавкие (1100 > Τ „,> 450°С); высокоплавкие (1850 > Τ пл> 1100° С); тугоплавкие (Т пл> 1850 С).

Наиболее широко используют особо легкоплавкие и легкоплавкие припои - оловянно-свинцовые припои марки ПОС-61; ПОС-40; ПОС-18 и др., где цифра содержание олова в процентах. К средне- и высокоплавким припоям относят медные, медно-цинковые, медно-никелевые и из благородных металлов (Au, Ag, Pt). Припои изготавливают в виде прутков, проволок, листов, полос, колец и т.д., укладываемых в место соединения деталей. При пайке используют флюсы. Флюсы предназначены для растворения и удаления окислов с поверхности соединяемых деталей, а также для снижения поверхностного натяжения, улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя.

 Флюсы бывают твердые, жидкие  и пастообразные. Наиболее применяемы  следующие флюсы: канифоль; бура (Na2B407), борная кислота (Н2В03); хлорный цинк (ZnCl2).

 

9 Дефекты сварных и паяных соединений

 

Сварные соединения по прочности должны быть такими же, как и основной металл, при всех температурах эксплуатации и при всех видах нагрузок, т.е. сварной шов должен быть равнопрочен основному металлу. При изготовлении неразъёмных соединений имеет место неравномерное распределение температуры в месте соединения деталей и по зоне термического влияния (ЗТВ). При сварке шов образуется при кристаллизации сплава, состоящего из основного металла и присадочного (при сварке плавлением) или только из основного металла (сварка давлением).

ЗТВ - это околошовный участок основного металла, нагретый в процессе сварки от 100°С до температуры плавления. Именно шов и ЗТВ являются слабым местом в соединении, именно там возможно появление дефектов.

Дефекты в сварных и паяных соединениях бывают двух типов: внешние и внутренние.

 

Рисунок 13- Виды дефектов сварных соединений ,. Внешние дефекты: а - наплыва; б - подрезы; в - наружные непровары; г — поверхностные трещины и поры Внутренние дефекты: д - скрытые трещины и поры; е - внутренние непровары; ж - шлаковые включения К внешним относят натеки и наплывы, неравномерность и несоответствие размеров шва, подрезы, наружные трещины и поры.

 

10 Методы контроля

 

Методы контроля быва0т двух типов: разрушающие и неразрушающие.   К разрушающим относятся испытания сварных образцов-свидетелей. Сваривают их при тех же самых режимах, что и изделия, обычно непосредственно перед началом сварю последних. Всесторонние испытания образцов позволяют косвенным образом судить о качестве сварных соединений в изделиях. Более точно воспроизвести характер нагружения сварных соединений можно на модельных конструкциях или на самих изделиях, которые выборочно подвергают испытаниям вплоть до разрушения. Необходимое число разрушаемых изделий от партии устанавливается конструктором в каждом конкретном случае.  

Неразрушающие методы контроля включают в себя контроль параметров режимов сварки, некоторые испытания свойств сварного шва без его разрушения (например, измерение твердости, химический анализ металла шва, не затрагивающий целостности конструкции), наконец, физические методы контроля (дефектоскопия).  Необходимо отметить особое значение контроля основного металла, сварочных материалов, состояния оборудования и технологии сварки.  

Виды контроля сварных и паяных конструкций, применяемые в промышленности, достаточно разнообразны. К ним относятся технический осмотр, контроль радиационный, акустический, магнитный, капиллярный и др. Для проверки герметичности и прочности сварных конструкции применяются гидравлические испытания, испытания сжатым воздухом, различного типа течеискателями. Последние методы контроля представляют вид контроля, называемый течеисканием.  

Внешний осмотр. Если внешний осмотр проводится с применением оптических средств (лупы, микроскопа, перископических оптических устройств и т. п.), то такой метод контроля называют визуально-оптическим. Внешнему  и  визуально-оптическому  контролю   подвергается  почти 100% всех швов. Такой довольно простой метод контроля позволяет, однако, обнаружить наружные дефекты довольно широкого спектра: подрезы, поры, трещины, незаверенные кратеры, раковины, свищи, неравномерность шва и несоответствие его геометрии требованиям чертежа.  

Радиационный   контроль. Выявление дефектов основано на различном поглощении металлом и неметаллическими веществами проникающего излучения. В качестве источника подобных излучений применяют рентгеновские аппараты, позволяющие получить тормозное (рентгеновское) излучение, различного типа ускорители (ускорители электронов, бетатроны).  При проведении радиационного контроля возможны три основных метода выявления дефектов.

1. Радиографический с фиксацией изображения на пленке или бумаге. Его преимущество — возможность сохранения документального свидетельства результатов просвечивания и простота контроля.

2. Радиоскопический (радиационная интроскопия). Дефект в этом случае   наблюдается на флюороскопическом экране, экране электронно-оптического преобразователя, рентген - видикона и т. п.  Чувствительность радиоскопии несколько ниже, чем радиографии.

3. Радиометрический. Ионизирующее  излучение, проникающее сквозь контролируемый  участок, преобразуется с помощью  сцинтилляционных кристаллов или газоразрядных счетчиков в электрические сигналы, которые позволяют судить о наличии или отсутствии дефекта в соединении. Безъинерционность системы дает возможность установить обратную связь между процессом сварки и контролем. Радиационный контроль служит для обнаружения пор, шлаковых включений, непроваров и трещин.

 

11 Сварочная проволока и электроды

 

 Стандарт на стальную сварочную  проволоку предусматривает более 70 марок проволоки диаметром 0,2 ... 12 мм. Сварочную проволоку всех  марок в зависимости от состава  разделяют на три группы: низкоуглеродистую (Св-08А, Св-08ГС и др.), легированную (Св-18ХМА; Св-10Х5М и др.) и высоколегированную (Св-06Х19Н10МЗТ; Св-07Х25Н13 др.). В марках  проволоки "Св" означает слово "сварочная", последующие буквы и цифры - ее марочный состав.  Сварочную проволоку используют для изготовления стержней электродов при автоматической дуговой сварке под флюсом, при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов, а также в качестве присадочного материала при дуговой сварке неплавящимся электродом и газовой сварке.  

Электроды представляют собой проволочные стержни с нанесенными на них покрытиями. Покрытия электродов предназначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и получения металла шва заданных состава и свойств. В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газо- и шлако-образующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие»  

Электроды классифицируют но назначению и виду покрытия.  По назначению стальные электроды подразделяют на пять классов: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с < 600 МПа, легированных конструкционных сталей с  > 600 МПа, легированных жаропрочных сталей, высоколегированных сталей с особыми свойствами и для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.  Электроды для сварки конструкционных сталей делят на типы: Э38. Э42, ..,Э150. Цифры в обозначении типа электродов обозначают  наплавленного металла в  МПа. В обозначение типов электродов для сварки жаропрочных и высоколегированных сталей и наплавочных входит марочный состав наплавленного металла (Э-09МХ, Э-10Х5МФ, Э-08Х20Н9Г2Б, Э-10Х20Н70Г2М2В, Э-120Х12Г2СФ, Э-350Х26Г2Р2СТ и др).

По виду покрытия электроды делят на электроды с кислым, рутиловым, основным и целлюлозным покрытиями.  Кислые покрытия имеют шлаковую основу, состоящую из руд железа и марганца (, MnO), полевого шпата ( ферромарганца и других компонентов. Электроды обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами: позволяют вести сварку во всех пространственных положениях на переменном и постоянном токах. Возможна сварка металла со ржавыми кромками и окалиной. Электроды применяют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Металл шва по составу соответствует кипящей и полуспокойной сталям. Однако электроды токсичны в связи с выделением соединений марганца, поэтому применение их сокращается; Рутиловые покрытия состоят из ру-тилового концентрата (Т1О2), полевого шпата, мрамора (), ферромарганца и других компонентов; обладают высокими сварочно-технологическими свойствами. Их применяют для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наплавленный металл по составу соответствует полуспокойной стали»  Основные покрытия содержат мрамор, магнезит (), плавиковый шпат (), ферросилиций, ферромарганец, ферротитан и другие компоненты. Сварочно-технологические свойства ограничены.

Сварку выполняют, как правило, на постоянном токе обратной полярности, металл шва склонен к образованию пор при наличии ржавчины на свариваемых кромках, требуется высокотемпературная прокалка (400 ... 450 °С) перед сваркой и т.д. Наплавленный металл хорошо раскислен и по составу соответствует спокойной стали. Возможно дополнительное легирование шва через покрытие. Электроды с основным покрытием применяют для сварки ответственных конструкций из сталей всех классов.  Целлюлозное покрытие содержит целлюлозу и другие органические вещества с небольшим количеством шлакообразующую компонентов. Они создают хорошую газовую защиту и образуют малое количестве шлака. Особенно пригодны для сварки на монтаже в любых пространственных положениях на переменном и постоянном токах. Их применяют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наплавленный металл по составу соответствует полуспокойной или спокойной стали.   
 
 
 
 
 
 

12 Флюсы

 

Для изоляции сварочной ванны от атмосферы воздуха, обеспечения устойчивого горения дуги, формирования поверхности шва и получения заданных состава и свойств наплавленного металла используют флюсы.

По назначению их разделяют на флюсы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, легированных и высоколегированных сталей.  Флюсы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей предназначены для раскисления шва и легирования его марганцем и кремнием. Для этого применяют плавленые высококремнистые марганцевые флюсы. Их шлаки имеют высокое содержание  и МnО.

Флюсы изготовляют путем сплавления марганцевой руды, кремнезема, плавикового шпата в электропечах.  Флюсы    для    сварки    легированных    и    высоколегированных    сталей    должны обеспечивать   минимальное   окисление   легирующих   элементов   в   шве.   Для   этого применяют плавленые и керамические низкокремнистые, бескремнистые и фторидные флюсы. Их шлаки имеют высокое содержание CaO,  и .  Плавленые флюсы изготовляют из плавикового шпата, алюмосиликатов, алюминатов путем сплавления в электропечах. Их шлаки имеют основный характер.  Керамические флюсы приготовляют из порошкообразных компонентов путем замеса их на жидком стекле, гранулирования и последующего прокаливания. Основу керамических флюсов составляют мрамор, плавиковый шпат и хлориды щелочно - земельных металлов, В них также входят ферросплавы сильных раскислителей (кремния, титана, алюминия) и легирующих элементов и чистые металлы.

 Шлаки керамических флюсов  имеют основный или нейтральный  характер и обеспечивают получение  в металле шва заданное содержание  легирующих элементов.

 

13 Заключение

 

Значение сварочного производства очень велико - сейчас трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не применялся тот или иной способ сварки. С применением сварки стало возможным создание таких конструкций машин и аппаратов, которые практически нельзя было изготовить другими способами. Сварка металлов является одним из выдающихся изобретений русских ученых, инженеров и впервые была освоена в нашей стране. Петрова, Н. Н. Бенардоса и Н. Г. Слазянова получило новое развитие в трудах советских ученых, инженеров, рабочих.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.Основы сварочного производства. Стеклов О.И.Издательство: Высшая школа, 1981. 2-58 стр.

2. Основы сварочного дела. Геворкян В. Г. Издательство: Высшая, 1985 ,150-168 стр.

3. Сварка. Резка. Контроль. Справочник в 2-х томах 
Алешин Н.П., Чернышов Г.Г. Издательство: Машиностроение, 2004 Стр: 136.