40.Источники сварочного тока. Характеристики сварочной дуги и источников тока.

Сварочной дугой называют мощный, длительно существующий электрический разряд между находящимися под напряжением электродами в смеси газов и паров. Дуга характеризуется высокой температурой и большой плотностью тока. Сварочная дуга как потребитель энергии и источник питания дуги (сварочный трансформатор, генератор или выпрямитель) образует взаимно связанную энергетическую систему. Различают два режима работы этой системы: 1) статический, когда величины напряжения и тока в системе в течение достаточно длительного времени не изменяются; 2) переходной (динамический), когда величины напряжения и тока в системе непрерывно изменяются. Однако во всех случаях режим горения сварочной дуги определяется током (IД), напряжением (UД), величиной промежутка между электродами (так называемым дуговым промежутком) и связью между ними. Устойчивость сварочной дуги определяется соотношением между током и напряжением. Графическое изображение этой зависимости при постоянной длине дуги называется статической вольт-амперной характеристикой дуги.

41.Ручная электродуговая сварка. Режим сварки. Электроды. Виды сварочных соединений и швов. Преимущества и недостатки способа. Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя защитную газовую атмосферу вокруг дуги, жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. Электроды представляют собой проволочные стержни с нанесенными на них покрытиями. Покрытия предназначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного стабильного горения дуги. Защиты расплавленного металла шва заданных состава и свойств, раскислению металла. По назначению стальные электроды делят на пять классов: для сварки углеродистых и низколегированных сталей, легированных, легированных жаропрочных, высоколегированных. По виду покрытия электроды делят на электроды с кислым \, рутиловым, основным и целлюлозным покрытием. Режим сварки Основным параметром режима ручной дуговой сварки является сварочный ток, который выбирают в зависимости от диаметра электрода и типа металла электрода. Ручная сварка позволяет выполнять швы в различных пространственных положениях: нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном. Преимущества: удобство при выполнении коротких криволинейных швов в любых пространственных положениях, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы, обеспечивает хорошее качество сварных швов. Недостатки: низкая производительность, трудность сварки тонкого металла, длительный срок обучения сварщика высокой квалификации, большая зависимость качества сварки от индивидуальных особенностей сварщика. Виды соединений: Соединение стыковое без разделения кромок для металла не более 3 мм. Соединения с V-образной разделкой кромок выполняют для металла толщиной 3-21 мм. Если больше то применяют Х-образную разделку кромок. Тавровое соединение рекомендуется для толщины 5-6мм. Нахлесточное соединение применяется для 2-6 мм.

42.Автоматическая дуговая сварка под флюсом. Электрическая контактная сварка. Стыковая, точечная, шовная. Область применения. При автоматической дуговой сварке под флюсом дуга горит под слоем флюса между непокрытым металлическим электродом и деталью, расплавляя некоторое количество флюса, поступающего из бункера. Достоинства: хорошая и сравнительно дешевая защита расплавленного металла от воздействий атмосферного воздуха, производительность по сравнению с ручно больше в 5-25 раз, лучшее качество свариваемого соединения, низкий расход электродного металла, улучшение условий труда, сокращение производственных площадей, сокращение времени на обучение сварщика. Недостатки: повышенные требования к чистоте свариваемых кромок и сборке деталей, трудность сварки тонкого металла, невозможность визуального контроля за положением электрода, необходимость наличия подкладки при сварке с полным проплавлением. Область применения: медные, титановые, алюминиевые сплавы. Контактная сварка относится к одному из наиболее распространенных видов сварки. Различают несколько видов контактной сварки: точечная, шовная, стыковая, рельефная. Точечная сварка При этой сварке детали собираются внахлестку и свариваются по отдельным ограниченным участкам касания – точкам. Для производства сварки детали плотно прижимаются между электродами сварочной машины, затем нагреваются кратковременным импульсом электрического тока. Часть металла под давлением электродов вытесняется в зазор, создавая уплотняющий поясок. В последующем образуется расплавленное ядро, оксидные пленки разрушаются и перемешиваются с жидким металлом. Основной вид соединений для данной сварки – нахлесточный. Разновидностью контактной точечной сварки является рельефная. Область применения: конструкции, узлы из сталей, титановые, алюминиевые и медные сплавы. Шовная сварка обеспечивает соединение элементов внахлестку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва. Различают непрерывную и шаговую шовную сварку. Типы соединений для этого вида сварки аналогичный точечным. Стыковая сварка – это контактная сварка, при которой соединение свариваемых деталей происходит по поверхности стыкуемых торцов. По характеру процесса делится на сварку сопротивлением и сваркой оплавлением. Область применения: стыковая сварка в настоящее время применяется для изготовления деталей из сталей, алюминиевых, титановых, медных сплавов и некоторых тугоплавких материалов. Производительность данного вида сварки выше вышеперечисленных.

43.Сварка в среде защитных газов. Сварка электронным лучом. Лазерная сварка. У дуговой сварки в защитных газах защита расплавленного металла сварочной ванны от взаимодействия с воздухом осуществляется инертными, некоторыми активными газами и их смесью. Наибольшее распространение получила сварка в инертном газе аргона и в углекислом газе. В качестве неплавящегося электрода применяют пруток вольфрама, в качестве плавящегося – проволока основного металла. Сварка неплавящимся электродом может быть ручная, полуавтоматическая, автоматическая. Сварка в инертных газах в основном аргонодуговая: позволяет сваривать металл толщиной 0,1-0,2 мм., возможна в любых пространственных положениях, высококачественная защита расплавленного металла, ненадобность применения флюсов для некоторых металлов, возможна сварка практически всех металлов и сплавов. Недостатки: дороговизна, возможность образования пористости, нарушения нормального процесса сварки на открытых площадках. Сварка электронным лучом. Движение электронов в сварочной установке происходит в глубоком вакууме. Поэтому установка включается в себя герметичную камеру с системой откачивающих насосов. Преимущества: узкий шов, незначительные деформации, малые размеры термического влияния, хорошая защита металла от взаимодействия с газами, экономичность и возможность автоматизации. Недостатки: Использование вакуумных камер, ограничение размеров свариваемых деталей, наличие рентгеновского излучения, сложность и высокая стоимость оборудования. Область применения: Тугоплавкие активные металлы, сварка с минимальными деформациями и зоной термического влияния, сварка в труднодоступных местах, узких щелях, соединений разнородных металлов, сварка деталей малых толщин, сварка в космосе. Лазерная сварка. Лазерная сварка обеспечивает высококонцентрированный нагрев. Лазерная сварка позволяет получить швы с минимальным расплавлением металла, снижает напряжения и деформации в сварных конструкциях. Непрерывная лазерная сварка металлов значительных толщин производится газовыми лазерами, а импульсная позволяет вести сварку без зачистки контактов от изоляции. Непрерывная сварка обеспечивает значительно большие скорости по сравнению с импульсной.

44.Сварка давлением.: диффузионная, газопрессовая, трением, холодная, взрывом. Диффузионная сварка деталей происходит в твердом состоянии вследствие возникновения связей на атомарном уровне, появившихся в результате максимального сближения контактных поверхностей за счет локальной пластической деформации при повышенной температуре, обеспечивающей взаимную диффузию в приповерхностных слоях соединяемых материалов. К режимам диффузионной сварки относят: температуру нагрева, удельное давление при сварке, время выдержки, степень вакуумирования. Повышение температуры сварки способствует увеличению поверхности соприкосновения деталей из-за увеличения пластичности металла. Вакуум исключает окисление и взаимодействие с азотом при сварке, удалению оксидных пленок. Преимущества: отсутствие плавления металла при сварке, незначительное изменение свойств основного металла, минимальные остаточные напряжения и деформации, большая точность изготовления, малая вероятность трещин, возможность сварки разнородных металлов. Газопрессовая сварка. Используется для нагрева металла газокислородных пламенем горелки. Специальные горелки дают десятки и сотни небольших огней, распределенных равномерно по нагреваемой поверхности. При газопрессовой сварке нагрев ведется очень интенсивно и быстро заканчивается, после чего следует осадка. Зона сварки защищена смесью газов, имеющей восстановительный характер. Газопрессовая сварка нашла ограниченное применение, например, для сварки стыков рельсового пути. Сварка трением. Метод основа на образовании сварного соединения под влиянием давления и нагрева, при котором нагрев осуществляется трением, вызываемое вращением одной из свариваемых деталей. Вследствие нагрева достигаются пластические деформации при меньших давлениях. Образование прочного соединения происходит в результате возникновения металлических связей между чистыми контактирующими поверхностями. Таким способом получают высокопрочные соединение. Основным параметры режима сварки: частота вращения свариваемых деталей, величина осевого усилия при нагреве, величина осадки при нагреве, величина осевого усилия проковки, длительность приложения усилия проковки. Преимущества: соединение разнородных материалов, экономичность, высокая производительность, качество соединения. Область применения: одно или оба тела должны быть телами вращения. Холодная сварка. Один из видов сварки в твердой фазе со значительной объемной пластической деформацией и малой степенью ее локализации в зоне контакта соединения материалов. При сварке металлов в результате значительных пластических деформаций происходит разрушение оксидных пленок, препятствующих сближению атомов чистых поверхностей металла в месте контакта на расстоянии, соизмеримые с параметрами кристаллической решетки, и их активация приводит к возникновению металлических связей и образованию сварного соединения. По форме получаемого соединения делят на точечную, шовную, стыковую, а по характеру деформации – сваркой сдавливанием и сваркой сдвигом. Параметры режима: удельное давление, диаметр пуансона, величина вылета деталей из цанг, степень деформации. Область применения: алюминий, свинец, олово, медь, цинк, кадмий, никель. Нашел применение главным образом в приборостроении. Сварка взрывом. Взрывчатое вещество укладывают равномерным слоем непосредственно на деталь, иногда для некоторого смягчения удара между зарядом и деталью помещается прокладка из резины или пластика. Образование соединения происходит за счет соударения верхней пластины с нижней. Ударной волной взрыва осуществляется и необходимая для сварки очистка от загрязнений свариваемых поверхностей. Область применения: детали сложной формы, различные теплообменники, некоторые композиционные материалы, иногда в сочетании со штамповкой.

45.Контроль качества сварных и паяных соединений. Выбор способа сварки. При производстве сварных и паяных конструкций могут возникать дефекты. Влияние дефекта на работоспособность конструкции определяется многими факторами. Дефекты сварки: непровар, пористость, трещины, пережог, прожог, подрез, пористость, вмятины, не герметичность шва, смещение свариваемых деталей. При пайке: смещение паяемых элементов, раковины в швах, пористость в паяном шве, флюсовые и шлаковые включения, трещины, непропай, деформации и местные и общие. Методы контроля бывают 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 сварки последних. Всесторонние испытания образцов позволяют косвенным образом судить о качестве исследуемых соединений. Неразрушающие методы контроля включают в себя контроль параметров режима сварки, некоторые испытания свойств сварного шва без его разрушения, физические методы контроля. Внешний осмотр, если с применением оптических приборов – визуально-оптический. Рациональный контроль. Выявление дефектов основано на различном поглощении металлом и неметаллическими веществами проникающего излучения.(Радиографический, радиоскопический, радиометрический). Акустический контроль. Эхо-импульсный основан на отражении акустических колебаний от поверхности раздела между дефектом и материалом стали. При теневом методе приемник устанавливается с обратной стороны детали, улавливающий волны излучателя сквозь металл. Зеркально-теневой метод. Приемником фиксируется уменьшение отраженного импульса от данной поверхности, которое тем больше, чем больше размеры дефекта. Суть импедансного метода заключается в следующе: колеблющийся стержень, измеряющий давление, перемещается по верхней детали соединенной пайкой или сваркой с нижней деталью. Метод свободных колебаний состоит в фиксировании индикатором с последующим усилением изменения частоты свободных колебаний, возбуждаемых в исследуемой детали электромагнитом с бойком. Велоссимметричный метод основан на разнице в скорости распространения акустических волн соединении с дефектами или без них, а резонансный – на изменении резонансной частоты ультразвуковых колебаний. Магнитный контроль. Распределение магнитных силовых линий в случае намагничивания каким-либо образом сварных или паяных деталей изменяется в месте дефеката и может быть зафиксировано одним из методов. При магнитопорошковом методе на деталь наносится ферромагнитный порошок. Магнитографический – намагничивание пленки, накладываемой на деталь. Индукционный метод заключается в регистрации неоднородности магнитного поля индукционной катушкой. Капиллярный контроль-люминесцентный, цветной. Контроль течеисканием. (Определение герметичности сварного или паяного соединения). Проводят испытания водой, керосином, красками, сжатым воздухом, аммиаком, углекислом газом, гелием, в галогенных течеискателях. Выбор способа сварки. Способ и вид сварки выбирают исходя из размера и формы соединяемых заготовок; расположения швов в сварном соединении; физико-химических свойств соединяемых материалов; возможности механизации и автоматизации процесса сварки.

46.Пайка, напыление, наплавочные работы. Флюсы, припои, наплавочные материалы. Пайкой называют образование соединения с межатомными связями в результате нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, смачивания их припоем, затекания припоя в зазор и последующей его кристаллизации. Способы пайки: флюсовая, в активной газовой среде, в нейтральной газовой среде, в вакууме, ультразвуковая. Для удаления оксидов с поверхности паяемого материала и припоя и предотвращения их образования применяется паяльный флюс. Флюсы могут быть твердыми (порошкообразные смеси солей), жидкими (водные растворы хлор.солей или орг.соед.) и газообразными. Интенсивность воздействия флюсов на оксидную пленку ограничена их температурным интервалом активности. С повышением температуры активность флюса возрастает. Механизм воздействия флюса заключается в растворении оксидной пленки основного металла и припоя в флюсе, химические взаимодействия флюса с оксидной пленкой, основным металлом. В качестве припоя при пайке используется металл или сплав с температурой плавления ниже температуры плавления паяемых материалов. Припои делят на особолегкоплавкие(<145C, оловянно-свинцовые на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца), легкоплавкие(145-450, те же), среднеплавкие(450-1100, как в сл.), и тугоплавкие(больше 1050, медные, медно-цинковые, медно-никелевые, с благородными металлами, серебром, золотом, платиной). При напылении расплавленные по всему объему или по поверхности частицы материала будущего покрытия направляются на поверхность нагретой заготовки. При соударении с поверхностью частица деформируется, обеспечивая хороший физ. Контакт с деталью. Наплавка – это процесс нанесения слоя металла или сплава на поверхность изделия. Материалы, применяемые для наплавочных работ, можно разделить на следующие основные группы: стали (углеродистые и легированные); сплавы на основе железа (высокохромистые чугуны, сплавы с бором и хромом, сплавы с кобальтом, молибденом и вольфрамом); сплавы на основе никеля и кобальта; сплавы на основе меди; карбидные сплавы (с карбидом вольфрама или хрома); порошковые материалы для наплавки и напыления.

47.Особенности сварки различных материалов. Стали. Низкоуглеродистые стали обладают хорошей свариваемостью. Увеличение углерода в среднеуглеродистых сталях способствуют усилению ликвации серы в шве, обогащению ею межкристаллических прослоек, приводящих к образованию горячих трещин. При сварке высокоуглеродистых сталей необходим предварительный подогрев. Низколегированные стали (конструкционные и теплоустойчивые). К ним относятся стали, в которых содержание одного легирующего элемента не превышает 2%, а суммарное содержание всех легирующих элементов менее 2,5-5%. Свариваемость оценивается на основе эквивалентного содержания углерода на основании эмпирических зависимостей. Низколегированные стали чувствительны к сварочному нагреву и склонны к образованию закалочных структур, перегреву и разупрочнению. Для сварки низколегированных сталей рекомендуется сварка в защитных газах(СО2, арг., арг с добавкой СО2). Для повышения производительности сварки и улучшения свойств сварного соединения применяют порошковые проволоки. Среднелегированные стали. Содержание легирующего одного элемента 2-5%, а суммарное содержание всех элементов 5-10%. Основными методами сварки являются сварка в угл газе, аргоне, под флюсом, ручная сварка покрытыми электродами, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная. Высоколегированные стали. Суммарное содержание легирующих элементов больше 10%. Из-за высокой теплопроводности имеется вероятность образования холодных трещин. Под действием сварочного нагревая приводит к разупрочнению, и снижению механических свойств. Поэтому используют дуговую, контактную, электронно-лучевую сварки. Хромоникелевые стали – с высоким содержанием хрома и никеля. Для сварки вводят легирующие добавки, для измельчения зерен. Под действием нагрева происходит потеря антикоррозийных свойств. Алюминиевые и магниевые сплавы. Делятся на деформируемые и литейные, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Особенностью сплавов магния и алюминия является наличие оксидной пленки, температура плавления которой значительно выше температуры плавления основного металла. Поэтому для нормального процесса сварки необходимо удалять их с поверхности металла в процессе сварки. Для предупреждения возникновения горячих трещин применяют присадочную проволоку с добавками элементов, улучшающих структуру шва (Zr,Ti,B). Также имеются сложности: большой коэффициент линейного расширения, что вызывает существенные деформации, высокую тепло- и электропроводность, приводящую к необходимости увеличения мощности источника энергии для их сварки. Алюминиевые и магниевые сплавы сваривают прежде всего аргонодуговой сваркой, электронно-лучевой сваркой, холодной сваркой, сваркой ультразвуком, взрывом, трением. Титановые сплавы. При сварке титановых сплавов существует вероятность образования холодных трещин из-за наличия в металле водорода. Для этого проводят травление проволоки и деталей, вакуумный отжиг, механическую зачистку, обезжиривание. Наиболее распространенными методами сварки являются аргонодуговая, электронно-лучевая, плазменная, автоматическая под слоем специальных бескислородных флюсов, электрошлаковая с этими же флюсами, контактная и термодиффузионная сварка в вакууме. Химические активные тугоплавкие металлы. Особенности сварки: высокая температура плавления, высокая химическая активность по отношению к кислороду и азоту, чувствительность к нагреву. Учитывая, что сварка таких металлов требует хорошей защиты от воздействия атмосферы и применения концентрированного источника нагрева, применяется электронно-лучевая, термодиффузионная в вакууме, плазменная и дуговая в камерах с атмосферой аргона или гелия. Разнородные металлы. Важной характеристикой при сварке разнородных металлов является предел их взаимной растворимости. Могут образовываться хрупкие неметаллические соединения, поэтому возникают трещины и ухудшается пластичность сварного соединения. Поэтому применяют промежуточный металл, свариваемость которого с основными металлами хорошая. Дополнительные трудности возникают при большой разницы в теплофизических свойствах свариваемых материалов, что приводит к неравномерному оплавлению одной из кромок соединяемых деталей, возникновению значительных сварочных напряжений, иногда к образованию трещин. Эти трудности меньше сказываются при электронно-лучевой сварке в вакууме и сварке лазером.

48.Основы порошковой металлургии. Получение порошковых материалов. Оборудование для механического способа получения порошков. Порошковая металлургия – отрасль технологии, занимающаяся получением порошков и изделий из них. Физические свойства порошков характеризуется размером и формой частиц, микротвердостью, плотностью, состоянием кристаллической решетки, а технологические свойства насыпной массой, текучестью, прессуемостью и спекаемостью порошка. Насыпная масса – масса единицы объема свободно насыпанного порошка. Текучесть – способность порошка заполнять форму. Прессуемость характеризуется способностью порошка уплотнятся под действием внешней нагрузки и прочностью сцепления частиц после прессования. Под спекаемостью понимают прочность сцепления частиц в результате термического обработки прессованных заготовок. Промышленность выпускает различные металлические порошки: железный, медный, никелевый, хромовый, кобальтовый, вольфрамовый, молибденовый, титановый и др. Способы получения делят на механические и физико-химические. Наибольшее практическое применение нашел способ механического измельчения исходного сырья на механических мельницах. Размолом получают порошки из легированных сплавов строго заданного химического состава из хрупких материалов (кремний, бериллий и т.д.). К недостатку этого метода относят высокую стоимость порошков обусловленную стоимостью изготовления исходных металлов и сплавов. К физико-химическим способам относят такие технологические процессы, в которых получение порошка связано с изменением химического состава исходного сырья или его состояния в результате химического или физического воздействия на исходный продукт. Наиболее дешевы порошки, получаемые методом восстановления руды и окалины. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.

49.Технология получения деталей из порошков. Области применения порошковых материалов. Преимущества и недостатки применения порошковых материалов. Преимущества. Технологический процесс сводится к формированию порошковых или волокнистых компонентов в заготовки, которые подвергаются ТО – спеканию. Процесс приготовления смеси включает предварительный отжиг, сортировку порошка по размерам частиц и смешение. Затем заготовки из металлических порошков формообразуют прессованием (холодным, горячим), изостатическим формованием, прокаткой. В горячем прессовании технологически совмещаются процессы формообразования и спекания заготовки в отличии от холодного прессования. Изостатическое формообразование. Отсутствие потерь на внешнее трение и равномерность давления со всех сторон дают возможность получать необходимую плотность заготовок. Прокатка – одна из наиболее производительных и перспективных способов переработки порошковых материалов. Процесс прокатки может быть совмещен с процессом спекания. Спекание проводят для повышения прочности предварительно полученных заготовок прессованием или прокаткой. Для повышения физ-хим. Свойств проводят обработку(повторные прессование и спекание(повышают плотность), ТО(отжиг закалка) и ХТО(науглероживание)) Для повышеня износостойкости детали применяют операцию сульфидирования;. Для придания спеченным заготовкам необходимых размеров и формы – калибровку, протягивание, штамповку и обработку резанием. Область применения. Порошковой металлургией получают различные конструкционные материалы со специальными физико-механическими свойствами и эксплуатационными свойствами. Всю продукцию изготавливаемую из порошков делят на группы: электротехнические (магниты, электроконтакты, электрощетки); пористые (фильтры, «потеющие» изделия), фрикционный и антифрикционные (подшипники скольжения и тормозные накладки), инструментальные (пластинки из твердых сплавов, сверхтвердых материалов и минералокерамические пластинки); компактные конструкционные (Детали машин и приборов); термостойкие (жаропрочные и тугоплавкие детали различных изделий); специальные (детали вакуумной аппаратуры, полупроводники). Весьма перспективно применение порошковых композиционных материалов в условиях массового производства. Использование в качестве исходного сырья отходов повышает экономическую эффективность и снижает себестоимость выпускаемых деталей. Автоматизация всех технологических операций позволяет не только повысить производительность процесса и снизить трудоеемкость, но и обеспечить высокое качество изготавливаемых деталей. Возможность получения материала со специальными физическими и эксплуатационными свойствами; применение в качестве исходных материалов отходов основного производства – обрезков, стружки, окалины и т.д. а также получение материала из руды, минуя стадию металлургии; практическое отсутствие необходимости дальнейшей механической обработки получаемых заготовок и тем самым снижение трудоемкости и себестоимости их изготовления и увеличении коэффициента использования материала; совмещение процессов получения необходимого материала и готового изделия; высокого уровня механизации и автоматизации всех технологических операций.