Общие сведения о сварке, сварных соединениях и швах - Илья Мельников

Илья Мельников

Общие сведения о сварке, сварных соединениях и швах

КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

В зависимости от вида энергии, применяемой при сварке, различают три класса сварки: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением, – местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии.

Источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и теплота, выделяемая при электрошлаковом процессе.

Источники теплоты характеризуются температурой и концентрацией, определяемой наименьшей площадью нагрева в месте сварки и наибольшей плотностью тепловой энергии в месте нагрева. Эти характеристики определяют технологические свойства источников нагрева металла при сварке и наплавке.

Степень концентрации теплоты в электрической дуге в десятки раз, в плазме – тысячи, а в фотонном луче (лазерная обработка) – десятки тысяч раз выше, чем в газовом пламени.

Основные виды сварки термического класса – дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, лазерная, термитная и др.

Дуговая сварка – сварка плавлением, при которой нагрев осуществляют электрической дугой. Особым видом дуговой сварки является плазменная сварка, при которой нагрев осуществляют сжатой дугой.

Газовая сварка – сварка плавлением, при которой кромки соединяемых частей нагревают пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки.

Электрошлаковая сварка – сварка плавлением, при которой для нагрева металла используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

Электронно-лучевая сварка – сварка, в которой для нагрева используют энергию электронного луча. Теплота выделяется за счет бомбардировки зоны сварки направленным электронным потоком.

Лазерная сварка осуществлятся энергией светового луча, полученного от оптического квантового генератора – лазера.

При термитной сварке используют теплоту, образующуюся в результате сжигания термит-порошка, состоящего из смеси алюминия и оксида железа.

К термомеханическому классу относят виды сварки, при которых одновременно используются тепловая энергия и давление, контактная, диффузионная, газопрессовая, дугопрессовая и др.

Основным видом этого класса является контактная сварка – нагрев осуществляется теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части.

Диффузионная сварка – сварка давлением, осуществляемая взаимной диффузией атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации.

В прессовых видах сварки соединяемые части могут нагреваться пламенем газов, сжигаемых на выходе сварочной горелки (газопрессовая сварка), дугой (дугопрессовая сварка), электрошлаковым процессом (шлакопрессовая сварка), индукционным нагревом (индукционнопрессовая сварка), термитом (термитнопрессовая сварка) и т. п.

К механическому классу относят виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и др.

Холодная сварка – сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых деталей.

Сварка взрывом– сварка, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударения быстро движущихся частей.

Ультразвуковая сварка – сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний.

Сварка трением – сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением при вращении свариваемых деталей относительно друг друга.

Наплавка – процесс нанесения с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавку применяют для восстановления изношенных деталей и получения изделий с заданными свойствами поверхности.

Для наплавки применяют преимущественно дуговые виды сварки: ручную плавящимися и неплавящимися электродами, механизированную и автоматическую под флюсом и в защитных газах, вибродуговую, плазменную. Наряду с дуговой применяют газовую, электрошлаковую, индукционную, печную наплавку.

Известно несколько способов получения наплавленного легированного металла:

– использование легированного электродного стержня, электродной проволоки или ленты сплошного сечения и нелегирующих покрытий, флюса или защитного газа;

– использование проволок и лент с легирующими наполнителями в сочетании с нелегирующими покрытиями, флюсом или защитным газом;

– использование нелегированного электродного стержня, проволоки или ленты и легирующего покрытия или флюса;

– нанесение легирующих примесей в виде порошков, паст и т. д. на поверхность, подлежащую наплавке.

Ручную дуговую наплавку применяют при восстановлении изношенных поверхностей, устранении брака литья и для наплавки поверхностей со специальными свойствами.

Ручную дуговую наплавку выполняют плавящимся и неплавящимся электродами, расплавлением слоя сыпучего наплавочного материала.

Автоматическую наплавку под флюсом выполняют проволоками сплошного сечения и порошковыми, одним электродом, отдельными валиками, одновременно несколькими электродами и электродной лентой.

Наплавку вольфрамовым электродом проводят в среде аргона. Необходимые свойства наплавленного металла обеспечиваются применением присадочных проволок специального состава или вдуванием легирующих порошков в зону дуги.

Можно наплавлять в инертных газах и плавящимся электродом, однако применение той же технологии, что и для сварки, ведет к повышенному содержанию основного металла в наплавке, поэтому используют дополнительную присадочную проволоку.

Плазменная наплавка осуществляется несколькими способами:

– с подачей присадочной наплавочной проволоки;

– с подачей присадочного порошка в плазменную струю;

– по слою легирующего материала, нанесенного на поверхность изделия;

– с токоведущей присадочной проволокой;

– с двумя плавящимися электродами.

Электрошлаковая наплавка производится на плоские и цилиндрические поверхности для создания поверхностных слоев с особыми свойствами и для создания промежуточных слоев на кромках заготовок для последующей сварки. Техника электрошлаковой наплавки принципиально не отличается от техники сварки.

Вибродуговую наплавку применяют в основном как средство восстановления быстроизнашивающихся деталей станочного, металлургического, сельскохозяйственного оборудования. Этому виду наплавки могут подвергаться детали диаметром 8-10 мм и выше. Сущность вибродуговой наплавки заключается в том, что наплавку осуществляют с помощью специальной головки, обеспечивающей подачу и вибрацию электродной проволоки.

Вибрация электрода облегчает возбуждение дуги и повышает стабильность процесса. При наплавке электрические разряды чередуются с короткими замыканиями. В зону наплавки и дуги подается щелочная эмульсия, защищающая металл от воздействия воздуха в процессе наплавки и охлаждающая детали, в связи с чем уменьшаются зона термического влияния и сварочные деформации и повышается твердость наплавленного слоя.

Газокислородное пламя используют преимущественно для наплавки литыми твердыми сплавами.

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ

Сварным соединением называют элемент сварной конструкции, состоящей из двух или нескольких деталей и сварного шва, соединяющего эти детали.

Образование сварного соединения сопровождается сложными физическими и химическими процессами.

К физическим относят процессы, которые, изменяя физические свойства вещества, не изменяют строение элементарных частиц, из которых состоит данное вещество, и не приводит к изменению его химических свойств. При сварке – это нагрев металла, его плавление и кристаллизация, распространение теплоты, деформация изделия.

Химические процессы изменяют строение элементарных частиц, из которых состоит данное вещество, в результате чего получаются новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами. К основным химическим сварочно-металлургическим процессам относятся химические реакции взаимодействия свариваемого металла с газами, покрытиями и флюсами.

Физические и химические процессы при сварке сопряжены между собой по времени и пространству, поэтому их можно объединить общим понятием – физико-химические процессы. Под действием физико-химических процессов возникает характерное строение сварного соединения.