Обработка металлов сваркой Классификация методов сварки

Обработка металлов сваркой

Классификация методов сварки

Виды термической сварки Электродуговая сварка Схемы дуговой сварки: а) сварка неплавящимся электродом (по Бенардосу); б) сварка плавящимся электродом (по Славянову): 1 – электрод, 2 – электрическая дуга, 3 – свариваемая деталь, 4 – присадочный материал

Схема зажигания электрической дуги: а) короткое замыкание, б) ионизация воздушного промежутка за счет эмиссии электронов, в) устойчивый дуговой разряд: 1 – электрод, 2 – заготовка, 3 – поток электронов, 4 – поток положительно заряженных ионов, 5 – катодное пятно, 6 – дуга, 7 – анодное пятно

Вольтамперные характеристики дуги и источников сварочного тока Статическая вольтамперная характеристика дуги: 1 -крутопадающий; 2 - горизонтальный (жесткая характеристика), 3 - возрастающий участки графика Внешние вольтамперные характеристики источников сварочного тока: 1 – падающая, 2 – пологопадающая, 3 – жесткая, 4 – возрастающая

Соотношение статической ВАХ дуги и внешней ВАХ источника сварочного тока Падающие внешние характеристики источника питания дуги (1 – крутопадающая, 2 – пологопадающая) при колебаниях длины дуги lд 1, lд 2

Схема дуговой сварки покрытым электродом: 1 – деталь, 2 – шлаковая корка, 3 – сварной шов, 4 – жидкая шлаковая ванна, 5 – газовая защитная атмосфера, 6 – обмазка (покрытие) электрода, 7 – электрод, 8 – электрическая дуга, 9 – металлическая ванна

Достоинства и недостатки ручной дуговой сварки Достоинства: Недостатки: • эффективна в условиях • невозможность использования мелкосерийного производства, больших сварочных токов а также при проведении вследствие разогрева монтажных и ремонтных работ; электрода, увеличения разбрызгивания и угара • простота универсальность, расплавленного металла; маневренность; • насыщение сварного шва газами • Непосредственное наблюдение из-за непосредственного за процессом и его контроль. контакта металлической и шлаковой ванн с атмосферой; • низкие производительность сварки и качество сварного шва; • вредность работы для сварщика; • высокая квалификация сварщика.

Автоматическая сварка под флюсом Схема автоматической дуговой сварки: 1 – токопровод, 2 – механизм подачи, 3 – проволока, 4 – жидкий шлак, 5 – флюс, 6 – шлаковая корка, 7 – сварной шов, 8 – основной металл, 9 – сварочная ванна, 10 – дуга

Достоинства: Недостатки: • отличается однородностью • экономически невыгодна сварка металла шва по химическому коротких швов (для этого составу, улучшенной формой и применяется механизированная постоянством размеров шва; сварка под флюсом); • повышение производительности • наблюдение за процессом и труда по сравнению с ручной контроль его затруднены. сваркой в 3. . . 6 раз, а при сварке на повышенных режимах − в 15. . . 20 раз; • повышение тока приводит к возможности сваривания металла значительной толщины без разделки кромок и увеличению количества наплавляемого металла; • слой флюса препятствует выплескиванию жидкого металла из сварочной ванны и уменьшает потери на угар. • меньшее выделение вредных газов, отпадает необходимость защиты лица и глаз сварщика.

Сварка в защитных газах Схема сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности с присадочным прутком: 1 – присадочный пруток, 2 – сопло, 3 – токопроводящий мундштук, 4 – корпус горелки, 5 – неплавящийся вольфрамовый электрод, 6 – рукоять горелки, 7 – атмосфера защитного газа, 8 – сварочная дуга, 9 – ванна расплавленного металла

Достоинства: Недостатки: • отличается однородностью • высокая стоимость аргона; металла шва по химическому • необходимость в составу, улучшенной формой и дополнительном оборудовании. постоянством размеров шва; • сварка в любых пространственных положениях; • отсутствие оксидов и шлаковых включений, • высокая производительность и экономичность; • возможность автоматизации.

Электрошлаковая сварка Схема электрошлаковой сварки: 1 – свариваемые заготовки, 2 – сварочная ванна расплавленного металла, 3 – шлаковая ванна, 4 – сварочная проволока, 5 – мундштук, 6 – ползуны (формирующие устройства), 7 – затвердевший сварной шов

Достоинства: • применима для углеродистых и • За счет предварительного легированных сталей; подогрева свариваемого алюминия, магния, титана и их металла шлаковой ванной сплавов и других металлов и снижаются скорости нагрева и сплавов; охлаждения металла, меньше • получение не только прямые, но склонность металла шва к и швов сложной конфигурации в образованию горячих трещин; случае применения • отсутствие шлаковых специальных приспособлений. включений; • производительность в 20 раз превышает производительность многослойной автоматической сварки под флюсом при больших толщинах материалов. Недостатки: Расход электроэнергии при этом • специальное оборудование. уменьшается в 1, 5. . . 2 раза, а флюса − в 20. . . 30 раз;

Газовая сварка 1 2 3 Т, °С 3200 1000 300 Длина пламени Схема газовой сварки: Газосварочное пламя: 1 – свариваемые заготовки, 1 – ядро пламени, 2 – присадочный пруток, 2 – средняя зона, 3 – горелка, 3 – факел пламени 4 – пламя

Достоинства: Недостатки: • более плавный и медленный • снижение производительности нагрев металла; сварки с увеличением толщины • эффективна при сварке: сталей металла; малых толщин (0, 2. . . 5 мм); • при замедленном нагреве металлов, требующих разогревается большой объем постепенного мягкого нагрева основного металла, (например, многие окружающего сварочную ванну, инструментальные стали); что вызывает значительные металлов, требующих подогрева деформации (коробление) при сварке (чугуны и изделий. специальные стали); • замедленный нагрев вызывает длительное пребывание металла в зоне высоких температур, что приводит к перегреву, укрупнению зерна и снижению механических свойств металла.

Электронно-лучевая сварка в вакууме.

Достоинства: • Высокая концентрация теплоты в изделие; • отсутствие насыщения расплавленного и нагретого • фокусировкой электронного луча металла газами; можно получить пятно нагрева • высокое качество сварных диаметром 0, 0002. . . 5 мм, что соединений на химически позволяет за один проход активных металлах и сплавах. сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм; • возможность сварки тугоплавких металлов, керамики и т. д. Недостатки: • уменьшение протяженности зоны • Возможность образования термического влияния снижает несплавлений и полостей в вероятность рекристаллизации корне шва на металлах с основного металла в этой зоне. большой теплопроводностью и • для получения равной глубины швах с большим отношением проплавления при электронно- глубины к ширине; лучевой сварке требуется вводить • Для создания вакуума в рабочей теплоты в 4. . . 5 раз меньше, чем при камере после загрузки изделий дуговой. В результате резко требуется длительное время. снижаются коробления изделия.

Термомеханические способы сварки Контактная сварка — процесс образования неразъемного сварного соединения путем нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия. Схема контактной сварки (а) и физического контакта (б) свариваемых деталей

Стыковая контактная сварка Схема контактной стыковой сварки: 1 – свариваемые заготовки, 2, 3 – зажимы, 4 – сварочный трансформатор Стыковая сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются по всей плоскости их касания, в результате нагрева. В зависимости от марки металла, площади сечения соединяемых деталей и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.

При стыковой сварке сопротивлением металл в зоне контакта разогревается до пластического состояния и соединение образуется за счет совместной пластической деформации соединяемых поверхностей. Сварка сопротивлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм². Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений. Стыковая сварка методом оплавления − вид контактной сварки, при котором с включением тока соприкосновение происходит вначале по отдельным небольшим площадкам, через которые протекает ток высокой плотности, в результате чего происходит оплавление металла в точках касания. Сварка оплавлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 100000 мм², таких как трубопроводы, арматура железобетонных изделий, стыковые соединения профильной стали. Применяется для соединения железнодорожных рельсов на бесстыковых путях, для производства длинноразмерных заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов. Также сварка оплавлением используется в производстве режущего инструмента (например, для сварки рабочей части сверла из инструментальной стали с хвостовой частью из обычной стали).

Машина для контактной стыковой сварки труб

Точечная контактная сварка Схемы контактной точечной сварки: а) двусторонней, б) односторонней: 1 – свариваемые элементы, 2 – медные электроды, 3 – расплавленная зона металла, 4 – источник питания, 5 – медная подкладка, 6 – проходящий ток Точечная контактная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей. С помощью точечной сварки можно создавать до 600 соединений за 1 минуту. Применяется для соединения тончайших деталей (до 0, 02 мкм) электронных приборов, для сварки стальных конструкций из листов толщиной до 20 мм в автомобиле- самолето- и судостроении, в сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности.

Машины для контактной сварки

Шовная контактная сварка Принципиальная схема шовной сварки: а) двусторонней; б) односторонней; 1 – заготовки, 2 – электроды, 3 – медная подкладка Шовная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются швом, состоящим из ряда отдельных сварных точек (литых зон), частично перекрывающих или не перекрывающих одна другую. В первом случае шов будет герметичным. Во втором случае шовная сварка, выполненная отдельными точками без перекрытия практически не будет отличаться от ряда точек, полученных при точечной сварке. Процесс шовной сварки осуществляется на специальных сварочных станках с двумя (или одним) вращающимися дисковыми роликами-электродами, которые плотно сжимают, прокатывают и сваривают соединяемые детали. Толщина свариваемых листов колеблется в пределах 0, 2— 3 мм. Применяется при изготовлении различных емкостей, где требуются герметичные швы — бензобаки, трубы, бочки и др.

Достоинства: 1. Возможность соединения тонких Недостатки: листовых и легкоплавких 1. Использование токов материалов. большой мощности. 2. Возможность сваривать детали 2. Давление в месте различной толщины. образования шва может 3. Быстрота образования точки привести к разрушению шва, это уменьшает время элементов устройства. воздействия на другие элементы 3. Сварка относительно тонких и конструкции. листовых материалов. 4. Большая точность шва. 4. Необходимость 5. Полная автоматизация процесса предварительной очистки места сварки. сварки, и необходимость точной подгонки соединяемых деталей.

Ультразвуковая сварка (УЗ сварка) - способ соединения различных материалов в твердом состоянии с помощью ультразвуковых колебаний. Принципиальная схема ультразвуковой сварки: 1 – магнитострикционный преобразователь, 2 – трансформатор продольных упругих колебаний, 3 – рабочий инструмент, 4 – наконечник рабочего инструмента, 5 – свариваемые заготовки, 6 – опора

Оборудование для ультразвуковой сварки

Достоинства: Недостатки: • Концентрация тепловыделения в • высокая стоимость сварочного зоне шва и связанные с этим оборудования высокая скорость образования шва и минимальное изменение свойств материала; • возможность сварки загрязненных поверхностей, т. к. все инородные частицы удаляются из зоны шва в результате сдвиговых колебаний; • возможность подвода механической энергии на значительном расстоянии от места сварки, что позволяет сваривать детали больших толщин и в труднодоступных местах (при этом второй электрод не требуется).

Сварка металлов трением Сварка трением это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия. Принципиальные схемы сварки трением: а) вращение одной детали, б) вращение обеих деталей, в) сварка неподвижных деталей с вращающейся вставкой, г) сварка при возвратно-поступательном движении одной детали

Достоинства: Недостатки: • Высокая производительность. • Сварка трением не является • Высокие энергетические универсальным процессом. показатели процесса. • Некоторая громоздкость • Высокое качество сварного оборудования соединения. • Искривление волокон текстуры • Стабильность качества сварных проката в зоне пластического соединений. деформирования • Независимость качества сварных соединений от чистоты их поверхности. • Возможность сварки металлов и сплавов в различных сочетаниях. • Гигиеничность процесса. • Простота механизации и автоматизации.

Диффузионная сварка Сварка осуществляется за счёт диффузии — взаимного проникновения атомов свариваемых изделий при повышенной температуре. Сварку проводят в вакуумной установке, нагревая места соединения до 800 °C. Вместо вакуума может быть использована среда защитных газов. Схема диффузионной сварки: 1 – груз, 2 – заготовки, 3 – охлаждение вакуумной камеры, 4 – нагревательное устройство, 5 – трубопровод к вакуумному насосу, 6 – провод к высокочастотному генератору

Концевая фреза, полученная диффузионной сваркой Создание алмазного инструмента методом диффузионной сварки

Диффузионная сварка обладает следующими достоинствами: • не требуется дорогостоящих припоев, электродов, флюсов и механической обработки выполненных соединений; • не образуется окалины, шлака; • свариваемые детали не коробятся и свойства металлов в зоне соединения не изменяются, так как сварка происходит при невысоких температурах и давлениях; • отпадает необходимость в термообработке; • исключаются потери ценного металла; • не увеличивается масса изделий, а также повышается их качество и увеличивается срок службы. Недостатки: • происходит некоторая деформация металлических деталей

Сварка взрывом — метод сварки, основанный на использовании энергии взрыва. При сварке взрывом приваемая деталь располагается под углом к неподвижной детали-основанию или параллельно и приводится в движение контролируемым взрывом, в результате чего с большой скоростью соударяется с ней; соединение образуется за счет совместной пластической деформации поверхностей. Принципиальная схема сварки взрывом: 1 – детонатор, 2 – взрывчатое вещество, 3 – приваемая пластина, 4 – заготовка

Типичная граница раздела деталей, свариваемых сваркой взрывом (верхняя из ниобия, нижняя из меди) Микроструктура зоны соединения

Достоинства: Недостатки: • Высокопроизводительный и • Применение сварки взрывом экономичный процесс, требует строгого соблюдения позволяющий получать правил техники безопасности и соединения разнородных хранения взрывчатки. металлов и сплавов с • Сварка взрывом достаточно прочностью на уровне удобна для изготовления прочности основных металлов отдельных изделий (сталь + титан, сталь + сравнительно простой формы; алюминий, алюминий + медь и • регулирование процесса т. д. ). сварки возможно лишь • Сварка взрывом может приблизительное, так как осуществляться на больших результат зависит от плотности площадях, ограничиваемых взрывчатки, равномерности ее только размерами размещения и прочих используемых листов. параметров, поддающихся лишь • Толщина плакирующего слоя приблизительному может изменяться в широких регулированию. пределах (от 0, 05 до 30 мм).

Холодная сварка - сварка давлением при значительной пластической деформации без нагрева свариваемых частей внешними источниками тепла. Холодная сварка основана на создании межатомных ( бездиффузионных ) связей соединяемых деталей при помощи пластической деформации Схема холодной сварки: 1 – пуансоны, 2 – свариваемые заготовки Холодная сварка бывает: • Точечной. • Стыковой. • Шовной.

Холодная сварка бывает: Точечной. Стыковой. Шовной.

Недостатки: Достоинства: • Невозможность осуществления • Простота процесса, большой пластической • высокая производительность, деформации многих металлов и • возможность использования сплавов (например, стандартного прессового и углеродистой стали, прокатного оборудования, алюминиево-магниевых сплавов и других материалов). • отсутствие нагрева материал; • сварной шов прочнее самого материала.

Электрическая контактная точечная сварка