Типы сварки:

электродуговая

При этом методе сварки металл расплавляется теплом электрической дуги, образуемой в месте сварки между металлическим электродом и свариваемыми деталями. Металл электрода (присадочный металл), расплавляясь, заполняет промежуток между свариваемыми деталями.

В качестве присадочного материала используют стальную электродную проволоку. Сварочную проволоку (электрод) покрывают специальным составом, который при расплавлении электрода образует на металле шва тонкий слой шлака, защищающий металл от окисления и тем повышающий его прочность.

В электрической дуге температура доходит до 3900°С. Эта температура обеспечивает сварку деталей больших поперечных размеров. Для питания дуги необходим электрический ток низкого напряжения, но большой силы. Электрическая дуговая сварка может производиться вручную и на специальных высокопроизводительных автоматах, обеспечивающих высокое качество шва.

Сварные швы, выполняемые электродуговой сваркой, можно разделить на стыковые и угловые (валиковые). Стыковыми называют швы, которые соединяют торцы деталей, находящихся в одной плоскости. Перед сваркой кромки стыкуемых торцов должны быть обработаны для облегчения доступа электрода к поверхностям, которые подлежат оплавлению. Соединения внахлестку выполняют угловыми (валиковыми) швами: лобовыми или фланговыми.

Кроме соединений сплошным сварным швом часто применяют прерывистый шов, а также электрозаклепки.

Сварка широко используется в машиностроении не только взамен клепки, но и при изготовлении деталей сложной конфигурации.

Электронно-лучевая сварка

Источником теплоты является электронный луч, получаемый за счёт термоэлектронной эмиссии с катода электронной пушки. Сварка ведётся в высоком вакууме (10⁻³ — 10⁻⁴ Па) в вакуумных камерах. Известна также технология сварки электронным лучом в атмосфере нормального давления, когда электронный луч покидает область вакуума непосредственно перед свариваемыми деталями.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества:

• Высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объёме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 0,0002 … 5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине до 20:1 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т. д. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.

• Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4—5 раз меньше, чем при дуговой. В результате резко снижаются коробления изделия.

• Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами. Наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств. В результате достигается высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др. Хорошее качество электронно-лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, коррозионно-стойких сталях, меди и медных, никелевых, алюминиевых сплавах.

Недостатки электронно-лучевой сварки:

• Возможность образования несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине;

• Для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длительное время.

• Аргонодуговая сварка относится к виду сварки плавлением. Сварку плавлением разделяют на сварку плавящимся и не плавящимся электродом. Аргонодуговая сварка это сварка не плавящимся электродом. В качестве электрода применяют вольфрамовые стержни. Они имеют различный диаметр.

• При аргонодуговой сварке вольфрамовые электроды выбирают от толщины металла. Вольфрам относят к тугоплавким металлам. Поэтому, назначение вольфрамовых электродов в зажигании и поддержании сварочной дуги.

• Аргонодуговую сварку относят к видам газоэлектрической сварки. Газы защищают сварочную зону от воздействий ветра, осадков и других погодных явлений. Так же алюминий, титан, никель подвержены окислению. Применение газов защищает их от окислительных процессов. В аргонодуговой сварке применяют инертные газы: аргон, гелий и их смеси. Основным газом считают аргон. Поэтому, сварка получила название аргонодуговая сварка. Аргон производят трех сортов. Сорт аргона, для аргонодуговой сварки, зависит от содержания в нем чистого аргона. Для разного вида стали, применяют различный сорт аргона. Аргон поставляют в баллонах. Электрическая часть аргонодуговой сварки, предназначена для образования сварочной дуги и ее параметров. Основным элементом ее является источник питания (сварочный аппарат). На нем выставляют силу и напряжение сварочного тока. Основным рабочим органом аргонодуговой сварки есть газоэлектрическая сварочная горелка. В нее вставляют вольфрамовый электрод и подают аргон из баллона. Аргон подается по резиновым шлангам. Электрод из вольфрама закрепляют механическим способом. Так же, в сварочную горелку кабелями подают ток. Рабочий процесс аргонодуговой сварки состоит в том, что сварщик нагревает электрической дугой кромки свариваемых деталей. Затем, подносит сварочную проволоку и расплавляет ее и кромки до получения сварного шва. Сварочную проволоку для аргонодуговой сварки подбирают по составу свариваемой марки и вида стали. Ее поставляют на производство в мотках. Сварщик нарезает ее для удобства по размерам сварочного шва. На производстве сварочную проволоку называют присадкой. Она должна быть без ржавчины и обезжирена. Используют аргонодуговую сварку не только для цветных металлов, но также для нержавеющих и углеродистых сталей. Аргонодуговую сварку применяют в промышленных цехах и на стройплощадке. На стройплощадках, в избегание попадания ветра в зону сварки, устанавливают сварочную палатку. Выполняют аргоновую сварку в специальных кожаных перчатках. В процессе аргонодуговой сварки сварщик использует две руки. Это требует высокой квалификации сварщика. На производстве сварщики аргонодуговой сварки имеют 5-6 разряды. Преимуществом аргонодуговой сварки считают геометрически однородный качественный шов. Шов получают без дефектов. Так же исключены шлаковые образования . Шов выдерживает большие нагрузки на изгиб, сжатие и растяжение. Аргонодуговая сварка выделяет меньше вредных газов в работе для сварщика. Сведен риск получения ожогов работников при сварке. Аргонодуговая сварка - это один из эффективных и высококачественных видов сварки на производстве!

Основные параметры режима всех способов контактной сварки — это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей. Теплота в свариваемом металле выделяется при прохождении через него импульса тока длительностью в соответствии с законом Джоуля — Ленца:

За величину принимают сопротивление столбика металла между электродами. При расчете сварочного тока и времени импульса сварочного трансформатора, — исходный параметр, так как его легко рассчитать, зная материал детали, её толщину и требуемую температуру сварки. При этом сопротивлениями в контактах между деталями и между электродами и деталями пренебрегают.

Согласно закону Джоуля — Ленца увеличение должно увеличивать количество выделяющейся теплоты . Но по закону Ома увеличение не всегда увеличивает количество выделяющейся при сварке теплоты , многое зависит от соотношения и полного сопротивления вторичного контура сварочного трансформатора.

Где — напряжение на вторичном контуре сварочного аппарата, a — полное сопротивление вторичного контура, в которое входит . При увеличении сопротивления уменьшится сила сварочного тока , которая учитывается в законе Джоуля — Ленца в квадрате. Отсюда следуют несколько практических выводов. С ростом общего сопротивления вторичного контура от 50 до 500 мкОм тепловыделение в зоне сварки уменьшается по мере падения примерно в 10 раз. Недостаток тепла компенсируется увеличением мощности ( ) или времени сварки. Сварочный процесс на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (~ 50 мкОм) сопровождается интенсивным ростом нагрева по мере падения в процессе увеличения сварного ядра. При достижении равенства нагрев достигает максимума, а затем, по мере ещё большего снижения (по достижении требуемого размера ядра), уменьшается. Таким образом, сварка на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (а их большинство^[3]) сопровождается нестационарным нагревом и нестабильным качеством соединений. Уменьшить этот недостаток можно надёжным сжатием зачищенных деталей, обеспечивающим поддержание на минимальном уровне, либо поддерживая высокий уровень за счёт слабого сжатия деталей и разделения импульса сварочного тока на несколько более коротких импульсов. Последнее ещё и экономит энергию и обеспечивает прецизионное соединение с остаточной деформацией 2…5 %.

При сварке на машинах с большим сопротивлением вторичного контура (> 500 мкОм) снижение в процессе сварки практически не влияет на выделение теплоты, нагрев остаётся стационарным, что характерно для сварки на подвесных машинах с длинным кабелем во вторичном контуре. Сваренные на них соединения обладают более стабильным качеством.

Сварке подвергаются только так называемые термопластичные пластмассы (термопласты), которые при нагревании становятся пластичными, а после охлаждения принимают первоначальные вид и свойства. Кроме них, существуют термореактивные пластмассы, которые изменяют свои свойства при нагреве. Нагревать пластмассы при сварке следует не выше температуры их разложения, т. е. в пределах 140—240 °С.

Пластмассы можно сваривать различными способами: нагретым газом; контактной теплотой от нагревательных элементов; трением; ультразвуком. Рассмотрим способ сварки нагретым газом.

Основные условия для получения качественного соединения пластмасс при сварке следующие.

1. Диаметр присадочного прутка не должен превышать 4 мм для достаточно быстрого его нагрева и обеспечения необходимой производительности сварки. 2. Сварку следует вести по возможности быстро во избежание термического разложения материала. 3. Необходимо точно выдерживать температуру сварки во избежание недостаточного нагрева или перегрева свариваемого материала.

Для сварки нагретым газом в качестве теплоносителя используют воздух, азот, углекислый газ. Наиболее широкое применение получил воздух, как более доступный газ. При сварке в азоте и углекислом газе, создающих инертную среду, вокруг места сварки, не происходит окисления и разрушения структуры свариваемого термопласта. Нагревание газа-теплоносителя происходит в специальных горелках, газовых или электрических. Сварка нагретым газом проста, не требует сложного оборудования, удобна в случае ремонтных работ; ее можно применять для изделий различных размеров и формы; она получила достаточно широкое применение в практике сварки пластмасс.

Для сварки можно использовать горелки ГГП-1-56 конструкции ВНИИАВТОГЕНа, в которых использован принцип прямого нагрева газа-теплоносителя. Температура нагретого газа в них регулируется в широких пределах изменением расхода горючего газа и газа-теплоносителя. Применяют также пропано-воздушные вихревые горелки ГГП-1-66 и горелки ГЭП-1А-67 с электроподогревом.

При сварке пластмасс применяют различные виды соединений: встык с односторонним и двусторонним скосом кромок под углом 35—45°; внахлестку; тавровые; угловые без скоса и со скосом кромок. Наиболее распространено соединение встык. Шов с двусторонней разделкой кромок обеспечивает более равномерное распределение теплоты и поэтому он прочнее шва с односторонней разделкой кромок. Шов внахлестку в несколько раз менее прочен, чем стыковой, и поэтому применяется лишь в отдельных случаях, например при сварке стыков труб с отбортовкой. Сварка термопластов основана на доведении прутка и свариваемого материала до температуры их размягчения, когда они в вязком состоянии способны склеиваться при небольшом усилии сжатия.

Сварщик должен подавать пруток под углом 90° к поверхности шва. Если этот угол более 90°, то пруток вытягивается и при охлаждении его происходят разрывы; при меньшем угле пруток нагревается быстрее на более длинном участке и не успевает привариваться к свариваемым кромкам или ранее уложенным пруткам.

Скорость укладки прутка диаметром 3 мм должна составлять 12—15 м/ч, для того чтобы происходило хорошее сваривание прутка и основного материала и обеспечивалась достаточная прочность соединения.

Угол между осью сопла горелки и прутком определяется толщиной свариваемого листа: при толщине до 5 мм этот угол равен 20—25°, при толщине 10—20 мм 30—45°. Расстояние между наконечником и поверхностью шва необходимо по возможности поддерживать постоянным (5—8 мм). При правильном положении горелки и необходимой температуре нагрева основной материал по обе стороны укладываемого прутка должен «закипать». Усилие давления на пруток необходимо стремиться создавать равным: для прутка диаметром 2—3 мм 1—1,6 кгс, диаметром 4—5 мм 2,2—3 кгс. После сварки изделие следует подвергать медленному охлаждению на воздухе. При быстром охлаждении возможно растрескивание соединения вследствие различной и неравномерной усадки основного материала и присадочного прутка. В зависимости от квалификации сварщика прочность сварного соединения винипласта может колебаться от 30 до 90% прочности основного материала.

Применение прутков при сварке пластмасс снижает производительность процесса для газовой горелки до 15—20 м/ч, для электрической — до 10—12 м/ч. При этом данный метод имеет еще тот недостаток, что ударная вязкость шва и основного материала на границе сварного шва получается примерно в 12 раз ниже ударной вязкости основного материала и не превышает 1 МДж/м² (10 кгс-м/см²).

Для повышения производительности процесса и прочности сварного соединения применяют беспрутковый метод сварки пластмассовых листов. Он состоит в том, что свариваемые листы срезают по кромкам под углом 20° и складывают внахлестку. Затем листы нагревают до температуры 250—300 °С воздухом, подогреваемым в электрической горелке, и сжимают валиками, облицованными слоем резины. Струю воздуха направляют непрерывно на срезанные кромки листов и горелку перемещают впереди валиков вдоль свариваемых кромок. Скорость сварки для винипласта толщиной 3—12 мм составляет 120—200 м/ч. Листы равномерно нагреваются до температуры 60—70 °С на ширине 300—400 мм. Прочность сварного соединения при этом достигает 80—90% прочности основного материала, а производительность в 10—15 раз выше, чем при прутковом способе. Ударная вязкость, материала после сварки почти не снижается.

При сварке полиэтилена, полихлорвинила (так называемых мягких термопластов) пруток для повышения прочности соединения прикатывают специальным роликом. Качество сварки термопластов контролируют наружным осмотром. Полученный шов должен быть плотным, без разрывов и трещин. Плотность швов можно испытывать водой, сжатым воздухом или керосином. Для контроля качества швов используют также электролитный и электроискровой дефектоскопы