Теоретичні відомості

Зварюванням називається процес одержання нероз’ємних з’єднань металевих виробів, що здійснюється за рахунок міжмолекулярних та міжатомних сил щеплення. Для приведення цих сил в дію необхідно наблизити атоми металів, що з’єднуються, на відстані, що приблизно дорівнюють параметрам кристалічних ґраток цих металів (на рівні 4·10^{-10 м).}

Процесу зближення атомів і молекул може сприяти нагрівання зварювальних поверхонь до розплавленого стану або до пластичного стану та створення механічного зусилля стискання.

Зварювання може здійснюватися:

а) без прикладання тиску, шляхом розплавлення матеріалу зварювальних частин та злиття його; після затвердіння утворюється шов (зварювання плавленням);

б) із застосуванням тиску, що сприяє щільному контакту і взаємній дифузії металу в місці дотику зварювальних частин (зварювання тиском).

Сучасне зварювання плавленням є найпоширенішим в наслідок незначної вартості, простоти обладнання та універсальності.

Зварювання тиском здійснюється найчастіше з нагріванням для забезпечення більшої пластичності, а також і без нагрівання на ділянці шва, але при досить високих питомих тисках (холодне зварювання).

За видом енергії, що використовується для зварювання, зварювання поділяється на: хімічне (газове, ковальське, термітне), електричне (електродугове, електрошлакове, електроконтактне), механічне (холодне, тертям), ультразвукове, зварювання електронним променем та дифузійне зварювання у вакуумі.

Найбільш розповсюдженим є електродугове зварювання. Цей спосіб здійснюється шляхом місцевого нагрівання за рахунок електричного дугового розряду, що виникає між електродами або між електродом і зварювальним металом.

Розрізняють три види зварювальної дуги: відкриту, захищену, закриту. У відкритій дузі зварювальна ванна не захищена від впливу повітря. Захищена дуга одержується при застосуванні електродів з обмазкою або при вдуванні у зону зварювання інертних газів.

На практиці широко використовуються наступні способи дугового зварювання: плавким електродом відкритої дуги, плавким електродом в середовищі захисного газу, неплавким електродом в середовищі захисного газу.

Електродугове зварювання здійснюється плавкими металевими (стальними, чавунними, з кольорових металів) і неплавкими (вугільними, графітовими та вольфрамовими) електро-дами. Електродугове зварювання може бути ручним, напів-автоматичним та автоматичним.

Для живлення електричної дуги для всіх видів цього зварювання застосовують спеціальні зварювальні машини і апарати. Зварювання може здійснюється з використанням як на постійного, так і на змінного струму.

Постійний струм забезпечує стійке горіння дуги і не потребує складного обладнання. В середині стовпа дуги температура досягає 6000 ºС.

Металеві електроди, що використовуються при електродуговому зварюванні, мають флюсову обмазку. В якості обмазки електроду застосовують просіяну крейду з рідким склом. Загальне призначення обмазки або електродних покриттів – забезпечувати стабільність горіння зварювальної дуги і отримувати метал шва із заздалегідь заданими властивостями (міцність, пластичність, ударна в'язкість, стійкість проти корозії, та ін.). До того ж, шар розплавленого флюсу обмазки електроду захищає розплавлений метал, що утворюється, від дії кисню і азоту навколишнього повітря.

Автоматичне дугове зварювання під шаром флюсу усуває недоліки ручного процесу: значну трудомісткість, малу продуктивність, неоднорідність властивостей і розмірів зварного шва. При цьому способі зварювання дуга горить не на відкритому повітрі, а під шаром флюсу.

При електрошлаковому (бездуговому) зварюванні в якості нагрівального елементу використовується розплавлений струмопровідний флюс (шлак), розміщений між зварювальними пластинами, охолоджувачами (повзунами) і зварним швом. В зону зварювання автоматично подається один або кілька електродів і засипається флюс. При проходженні струму через розплавлений шлак виділяється тепло, що забезпечує подальше плавлення основного та електродного металів, які утворюють рідку зварювальну ванну.

Електрошлакове зварювання дозволяє зварювати за один прохід метал практично необмеженої товщини, забезпечує високу продуктивність праці, високу якість зварних з’єднань, не потребує підготовки кромок, є більш економічним порівняно з електродуговим під шаром флюсу.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів представляє собою різновид електродугового зварювання в зварювальний простір подаються як інертні, так і активні гази з метою захисту дуги і зварювальної ванни від впливу атмосферного повітря. В якості інертних газів застосовують аргон і гелій, в якості активних – вуглекислий газ, водень, пари води.

Контактне електрозварювання полягає в одержанні нероз’ємного з’єднання шляхом нагріву зварювальних виробів електричним струмом, що проходить в місці контакту, до пластичного або рідкого стану і наступним стисканням. Контактне зварювання відрізняється надійністю одержаних з’єднань, високим рівнем механізації та автоматизації, високою продуктивністю процесу та культурою виробництва.

За видом зварного з’єднання контактне електрозварювання може бути стиковим, точковим і роликовим (шовним). При стиковому зварюванні деталі з’єднуються по всій площі дотику. При точковому зварюванні на відміну від стикового використовується з’єднання внахлестку. При шовному (роликовому) зварюванні між зварюваль-ними деталями утворюється безперервне з’єднання (шов) із послідовного ряду точок, що частково перекривають одна одну.

Газове зварювання застосовують для з’єднання тонкостінних виробів із кольорових металів, чавуну, сталей, для наплавки твердих сплавів при ремонтних роботах тощо.

Зварювання металічних виробів здійснюють за рахунок тепла, що виділяється при згорянні газокисневої суміші. В якості робочих газів використовують ацетилен (С₂Н₂), водень, природний газ, що містить 94% метану (СН₄) та ін.

Термітне зварювання здійснюється за рахунок тепла, що одержується від згоряння термітних сумішей, що складаються із порошків металів та окислів металів. На практиці найбільше розповсюдження одержали алюмінієвий і магнієвий терміти. Склад алюмінієвого терміту наступний: 20...23 % алюмінію та 77...80 % залізної окалини. Термітне зварювання застосовують при з’єднанні залізничних рейок, труб, при ремонті деталей значних розмірів і ін.

При зварюванні тертям одна з деталей обертається навколо своєї осі з частотою біля 3000 хв^-1, а друга притискується до неї осьовим тиском. Завдяки тертю зварювальні торці деталей прогріваються на деяку глибину і після зупинки при подальшому притискуванні деталей між ними утворюються міцні металеві зв’язки.

Зварювання вибухом здійснюється шляхом використання спрямованого (кумулятивного) вибуху. З’єднувані поверхні двох заготівок розташовують під кутом один до одного. Зварювання вибухом (високопродуктивний та економічно вигідний спосіб) використовують для заготівок прокату біметалу, при з’єднанні різнорідних металів, що не зварюються звичайним способом та ін.

Зміст звіту

1 Користуючись навчальною та методичною літературою заповнити наведену нижче таблицю 9.1

Таблиця 9.1 – Основні характеристики процесу зварювання

Спосіб зварювання	Енергія нагрівання	Характе- ристики зварюваного матеріалу	Стан матеріалу у зоні зварювання	Матеріал електроду та флюсу	Характе-ристика обладнан.	Хар - ка механізації і автомат. процесів
1 Електро -дуговий
2 Точковий
3 Шовний
4 Газовий
5 Газопресовий
6 Холодний
7 Тертям
8 СВЧ
9 Ультразвуком
10 Дифузійний у вакуумі
11 Плазмовий
12 Електро-шлаковий

2 Навести довідку про українського вченого М. М. Бенардоса та особливості його методу зварювання.

Контрольні запитання

1 В чому полягає сутність процесу зварювання?

2 Які існують способи зварювання?

3 Які існують види зварних з’єднань та швів?

4 Які існують способи зварювання плавленням та пластичним деформуванням?

5 В чому полягає технологія контактного та шовного електрозварювання?

6 Кому належить вклад в техніку електродугового зварювання?

7 В чому сутність електрошлакового зварювання?

8 В чому полягає сутність газового, термітного та зварювання тертям?

9 Яке призначення має покриття електродів (обмазка) при електродуговому зварюванні?

10 Які значення має напруга запалювання дуги при постійному і змінному струмі?

11 Які основні вимоги техніки безпеки при електродуговому зварюванні?

Рекомендована література

[1, с. 244 – 260; 3, с. 243 – 265; 7, с.116 – 134; 8, с. 158 – 179,

12, с. 48-52]

Дата добавления: 2015-11-14