3.4 Сварка, резка и пайка металлов

Электродуговая сварка и резка металлов. Электрическая контактная сварка. Газовая сварка и резка. Сварка давлением. Лазерная и плазменная сварка и резка металлов. Другие виды сварки. Пайка металлов.

Сварка металлов - это технологический процесс получения неразъемных соединений за счет создания межатомных связей.

Сварка плавлением. Основная проблема при сварке плавлением - обеспечить расплавление локальных зон соединяемых частей при сохранении формы и свойств материала основной (большей) части заготовок. Для обеспечения этого условия необходим мощный локальный источник нагрева в качестве которого может выступать электрическая дуга, плазменная струя, лазерный луч и поток электронов.

Электродуговая сварка. Разработана русскими учеными Бенардосом Н.Н., Петровым В.В. Применяется в двух видах: сварка неплавящимся электродом и сварка плавящимся электродом (рис.9).

Рис.9. Электродуговая сварка

Сварка плавлением обычно возможна только в тех случаях, когда свариваемые металлы образуют при расплавлении единую сварочную ванну, т.е. растворяются друг в друге в жидком состоянии. Поэтому применяется для сварки однородных металлов. Такая сварка применяется в основном в индивидуальном производстве, при ремонте и сварке малоуглеродистых сталей в полевых условиях.

Автоматическая сварка под слоем флюса позволяет значительно увеличить мощность сварочной дуги, что позволяет за один проход сваривать стальные листы толщиной до 25 мм (рис.10). Горение дуги под слоем флюса позволяет защитить свариваемый металл от окисления. Такая сварка может быть полностью автоматизирована. При этом перемещение сварочной дуги (всего аппарата относительно заготовки, перемещение проволоки в зону дуги) обеспечивается специальными следящими системами. Применяется при сварке стальных конструкций (корпуса химических агрегатов, цистерны, корпуса судов и т.д.).

Установка движется относительно детали со скоростью образования сварного шва. Проволока, являющаяся плавящимся электродом, подается со скоростью ее плавления, таким образом, чтобы длина электрической дуги оставалась постоянной.

Рис.10. Автоматическая сварка под слоем флюса

Электродуговая сварка в защитном газе применяется в тех случаях, когда свариваемые металлы очень активны химически и при высокой температуре интенсивно взаимодействуют с кислородом воздуха (окисляются или даже сгорают) (рис.11). К таким металлам относятся сплавы на основе алюминия, титана и ряда других, редко применяемых в технике. При этом виде сварки поток защитного газа должен омывать нагретые участки сварного шва и зону горения сварочной дуги, так как в ней непосредственно происходит плавление присадочной проволоки, выполненной из того же, что и свариваемые заготовки, материала.

Рис.11. Электродуговая сварка в защитном газе

В качестве защитных применяются обычно инертные газы (аргон, гелий). При сварке стали высокой эффективностью в качестве защитного обладает углекислый газ. Расход защитного газа существенно удорожает получение сварных конструкций этим методом. Такой вид сварки широко применяется в судостроении, машиностроении, аэрокосмической промышленности.

Газовая сварка. Расплавить металл в зоне сварного шва можно не только электрической дугой, но и пламенем, образующимся при сгорании некоторых газов в кислороде. Так при горении в кислороде водорода, ацетилена и ряда других, реже используемых газов, температура пламени превышает 3000°С (рис.12). Однако пламя, конечно, является менее концентрированным источником энергии, поэтому таким методом можно сваривать только тонкие заготовки (< 5мм). Применяется такая сварка весьма ограниченно: в полевых условиях, где отсутствуют источники электрического тока, в строительстве (сварка трубопроводов в труднодоступных местах) и т.д.

Рис.12. Газовая сварка

Кислород и ацетилен обычно поступают из баллонов, которые транспортируются к месту сварки.

Применение современных концентрированных источников тепловой энергии позволило разработать новые виды сварки, электроннолучевую и лазерную, отличающиеся локальностью воздействия на обрабатываемый материал, позволяющие сваривать зачастую разнородные металлы с высокой производительностью. При этом зона расплавления может быть значительно меньше, что повышает качество соединения.

Применяются данные виды сварки в аэрокосмической, судостроительной промышленности, в атомном и общем машиностроении.

Пайка - это технологический процесс получения неразъемных соединений металлов нагревом до расплавления более легкоплавкого присадочного металла - припоя, заполняющего зазор между соединяемыми деталями; основной металл при пайке не плавится, а нагревается до температуры расплавления припоя. В качестве источников тепла при пайке используют газокислородное и газовоздушное пламя, электронагрев, индукционный нагрев, паяльники. К преимуществам пайки относятся отсутствие расплавления и незначительный нагрев основного металла. Эти преимущества позволяют получать высококачественные соединения не только однородных металлов, но и разнородных металлов и сплавов.

Дуговую резку металлов проводят угольными и металлическими электродами путем выплавления расплавленного металла дугой в месте реза. Резку угольным электродом производят постоянным током при прямой полярности. При резке угольными электродами получаются неровные края, натеки, большая ширина реза и пр., поэтому они применяются при разборке старых металлоконструкций, удалении литников и прибылей в отливках.

При помощи газовой резки можно быстро резать стальной материал любой толщины. В машиностроении ею пользуются для раскроя листового материала, для вырезки отверстий и др. Газовая резка дает возможность получать в некоторых случаях заготовки путем вырезки их из блюмов или толстых листов.