2. Сварка

Общие сведения о сварке

Сварка – это технологический процесс образования неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений путем их местного сплавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами (молекулами) соединяемых тел.

Существует много различных методов сварки, которые подразделяются на две основные группы: сварка плавлением и сварка пластическим деформированием. Остальные методы являются их разновидностями или комбинациями.

При сварке плавлением производится местный нагрев соединяемых деталей до температуры плавления и сварной шов образуется путем смешения жидких фаз металлов. При сварке пластическим деформированием шов образуется посредством сдавливания деталей. Она может производиться с предварительным местным нагревом деталей или без него (холодная сварка).

По способу местного нагрева деталей сварку подразделяют на электрическую (нагрев в результате действия электрического тока), газовую (нагрев пламенев горящего газа) и другие виды.

Самыми распространенными способами электрической сварки являются электродуговая и электроконтактная.

При электродуговой сварке для расплавления кромок соединяемых деталей используют теплоту электрической дуги, питаемой постоянным или переменным током. Питание дуги электрическим током (напряжением 30…60 В) осуществляется специальными сварочными генераторами или понижающими трансформаторами, которые обеспечивают резкое падение напряжения при возрастании силы тока. Это условие необходимо для устойчивого и непрерывного горения дуги даже при некоторых изменениях ее длины из-за колебаний руки сварщика. От сварочного аппарата электрический ток, достигающий нескольких сот ампер и мощностью не менее 5…10 кВт, подводится к электроду и свариваемому изделию. Прикосновение электрода к изделию приводит к образованию дуги с температурой 5000…6000.С. Тепло электрической дуги расплавляет кромки свариваемых деталей и конец электрода, при этом металл электрода заполняет углубление между деталями и образует шов.

Электроды, применяемые при электродуговой сварке, представляют собой металлические стержни со специальным покрытием (обмазкой). Покрытие в процессе плавления электрода способствует ионизации газового промежутка дуги, а также защищает шов от окисления и выгорания углерода и металла. Для сварки обыкновенной конструкционной стали применяют электроды с обмазкой из мела и жидкого стекла. Наиболее распространены электроды диаметром 2,5…12 мм и длиной 350…450 мм.

Процесс сварки деталей вручную требует от работающего определенных навыков в выполнении сразу нескольких движений. Вместе с перемещением электрода вдоль оси для поддержания постоянной длины дуги электрод перемещают и вдоль шва для заполнения шва расплавленным металлом. При образовании широкого шва требуется еще и движение электрода поперек шва, чтобы заполнить весь шов металлом. Для повышения производительности труда применяют автоматическую сварку, при которой указанные движения выполняются сварочным аппаратом.

В зависимости от характера шва сварные соединения подразделяют на стыковое, внахлестку, тавровое и угловое.

При стыковом соединении для получения прочного шва необходима специальная подготовка кромок деталей. Для сварки листов толщиной 2…5 мм применяют безскосное соединение. Расплавленный металл заполняет просвет между листами. Изделия толщиной 5…15 мм требуют подготовки кромок в виде V-образных скосов. При этом металл заполняет образованное углубление и прочно соединяет детали по всей толщине шва. Х-образные скосы применяют для сварки деталей толщиной более 15 мм. В этом случае сварка производится с обеих сторон.

Электроконтактная сварка отличается от электродуговой тем, что для местного нагрева соединяемых деталей используют теплоту, выделяющуюся в точке наибольшего сопротивления электрической цепи. Если к соединяемым деталям подвести электрический ток и сблизить их до соприкосновения, то место контакта и будет точкой наибольшего сопротивления. Площадь контакта деталей из-за неплотности прилегания друг к другу всегда меньше площади их сечения.

Различают три вида контактной сварки: стыковую, точечную и шовную.

Стыковая сварка осуществляется электрическим током напряжением 1…3 В от понижающего трансформатора. Ток подводится к свариваемым деталям, которые затем сближают до соприкосновения. Через несколько секунд в месте контакта (стыка) достигается температура начала плавления металла. Выключив ток, детали сдавливают друг с другом и таким образом получают сварное соединение.

При точечной сварке соединяемые детали зажимаются между электродами, к которым подведен ток напряжением 2…10 В. Вследствие большого сопротивления в месте контакта происходит нагрев металла до температуры сварки. Затем под действием силы сжатия детали свариваются. Электроды имеют большое поперечное сечение и изготавливаются из медного сплава. Благодаря высокой тепло- и электропроводности они не привариваются к соединяемым деталям.

Шовная сварка отличается от контактной тем, что в аппарате для шовной сварки (шовной машине) электроды выполнены в виде вращающихся роликов, между которыми пропускаются свариваемые листы. Главное преимущество –шовной сварки – образование сплошного герметичного шва.

Электроконтактная сварка широко применяется для соединения деталей из листового металла. Простота выполнения сварного соединения, несложность конструкции аппарата для точечной сварки, а также относительная безопасность процесса (по сравнению, например, с электродуговой сваркой) позволяет использовать электроконтактную сварку даже в условиях школьных учебных мастерских.

При газовой сварке кромки свариваемых заготовок и присадочный материал расплавляются за счет теплоты пламени, образуемой при сгорании смеси горючих газов с кислородом. В качестве горючего газа чаще используется ацетилен, обладающий большей теплотворной способностью, чем природный газ или керосин.

Основной инструмент газосварщика- это газовая горелка, в которой горючий газ смешивается с кислородом и, сгорая, образует сварочное пламя.

Газовой сваркой соединяют заготовки из стали толщиной 0,5…3 мм, чугуна, алюминия, меди и их сплавов, а также из сплавов на основе магния.

Назначение и устройство электросварочного аппарата.

Электродуговая сварка (ЭДС) - процесс получения неразъемных соединений путем расплавления кромок соединяемых деталей за счет тепла электриче­ской дуги, питаемой постоянным или переменным током.

При ЭДС сварочная дуга возбуждается между электродами, одним из которых может быть деталь. При их соприкосновении (коротком замыкании с последующим разведением на определенное расстояние). Температура дуги достигает 10000...12000 С, за счет чего и происходит разогрев металла кромок соединяемых деталей.

ЭДС по способу воздействия дуги на свариваемый металл под­разделяется на сварку с зависимой (прямого действия) и с независи­мой (косвенного действия) дугами.

При сварке зависимой дугой свариваемые детали включены в электрическую цепь, т.е. являются одним из электродов, и дуга горит непосредственно между деталью- электродом и электродом, являющимся к тому, же и присадочной проволокой. При сварке независимой дугой свариваемые детали не включены в электрическую цепь, дуга горит между двумя электродами, один из которых может быть нерасходуемым, а другой - расходуемым из металла, выполнявшим роль при­садочного материала. При этом нагрев свариваемых деталей проис­ходит за счет постороннего источника тепла (косвенный нагрев). Наиболее распространенной для ручной ЭДС является сварка с зависимой дугой.

В зависимости от технологического процесса, марки сварива­емого материала и типа электродного покрытия, сварочные работ осуществляют на переменном или постоянной токе. Напряжение за­жигания дуги при переменном токе составляет 55...80 В при по­стоянном - 45....50 В. Напряжение установившегося режима при постоянном и переменном токе одинаково и составляет 20...40 В.

При сварке постоянным током различают прямую и обратную полярность. При прямой полярности положительный источник тока присоединяется к свариваемой детали, а отрицательней - к электроду. При обратной полярности - наоборот. Обратную полярность применяют при сварке тонкостенных деталей, гак как количество тепла выделяемого на аноде всегда больше, поэтому тонкостенную деталь делают катодом.

Ручную ЭДС применяют при сварке деталей толщиной не менее 2мм. Более тонкие детали обычно прожигается из-за высокой температуры электрической дуги.

ЭДС является наиболее распространенным способом сварки при производстве и восстановлении боевой АТ.

Материалы, инструменты и оборудование для ЭДС

Формирование сварочных швов при ЭДС осуществляется с помощью металлических (сварочная проволока) и неметаллических (покрытия, обмазки из оксидов, хлоридов, фторидов, карбона­тов и пр.) материалов, из которых и делаются сварочные элек­троды.

Сварочная стальная проволока используется для изготовления штучных плавящихся электродов и подразделяется на три группы: низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную. Кроме того, она служит и в качестве присадочного материала для вос­полнения потерь металла при сварке за счет угара и разбрызгивания (искр).

Покрытия на электродах служат для повышения устойчивости горения электрической дуги, а также для предохранения сварно­го шва от окисления.

Электроды бывают с тонким, средним, толстым и особо толстыми покрытиями. Электроды с тонким покрытием (0,1. ..0,25 мм) служат только для обеспечения устойчивости горения дуги и применяются для сварки неответственных конструкций из низкоуглеродистой стали. Электроды со средним и толстым пок­рытиями применяются для сварки ответственных конструкций, так как обеспечивают устойчивость горения дуги и защиту свар­ного шва от окисления. В особых случаях толщина покрытия мо­жет составлять З...4 мм и выше.

Наиболее простая тонкая обмазка для электродов - тонкий слой порошка мела, замешанного с жидким стеклом,

Иногда применяются электроды без покрытия (голые). Они применяются в тех же случаях, что и электроды с гонким покры­тием. Их изготавливают из специальной легированной проволоки, в состав которой входят элементы, повышающие ионизацию дугово­го промежутка и полностью заменяющие тонкое покрытие. Такие эле­ктроды применяют при ручной или автоматической ЭДС.

Электроды с покрытием изготавливают по стандарту из проволо­ки диметром 1,2…12 мм, чаще 4…5 мм, длиной 400...540 мм.

Между диаметром сварочной проволоки и толщиной свариваемых деталей существует примерное соотношение: толщина свариваемых листов мм: 1,0.. .2,3; 4....5; 6..12, и соответствующие диаметры электродов d, мм: 1,5...2,3; 3...4; 4...5.

Для ручной ЭДС используется следующее оборудование и приспособления: источники переменного тока - сварочные трансформаторы; источники постоянного тока - сварочные генераторы; трансформаторы с выпрямителями тока; электрододержатели и сварочные кабели.

Сварочные трансформаторы применяются чаще, чем генераторы, так как они проще в эксплуатации, долговечнее и обладают более высоким КПД. Однако, сварка на постоянном токе предпочтительнее в технологическом отношении: более устойчивое горение дуги, лучшие условия сварки в различных пространственных положениях и т.д.

В комплект типового оборудования подвижных контрольно-ремонтных сред­ств (ПКРС) для восстановления поврежденной АТ электродуговой сваркой входят: сварочный трансформатор ТДЛ-1У2; электрододержатель; кабели сварочные.

Сварочный однопостовой переносной трансформатор типа ТДП-1У2 предназначен для питания сварки однофазным электрическим током при ручной сварке. Электрододержатель предназначен для выполнения ЭДС плавящимся электродом. Сварочные кабели служат для подвода тока к электродам.

Наложение сварочных швов

Для получения сварного соединения хорошего качества необ­ходимо соблюдать следующие условия: тщательно очищать свариваемые поверхности; правильно подбирать силу сварочного тока в зависимости от толщины свариваемой детали и диаметра электрода; поддерживать горение дуги; поддерживать равномерную скорость перемещения электрода вдоль шва; соблюдать равномерность толщины ива.

Перед сваркой осуществляется подготовительные операции: очистка свариваемых деталей от загрязнения и коррозии; при толщине свариваемых деталей более 5 мм производится разделка кромок с помощью напильника или заточного станка.

Процесс сварки начинается с возбуждения дуги. Существуют два практических приема. Первый состоит в том, что торцом электрода кратковременно прикасаются к свариваемому изделию, а затем отводят на расстояние 3...4 мы от него для создания электрического разряда с последующим поддержанием горения дуга. Второй прием состоит в быстром боковом движении элект­рода к свариваемому изделии и отводе его от изделия так же на З...4 мм до появления устойчивого горения.

С целью избежания коробления кромок свариваемых деталей необходимо выполнить прихватку (сварку) в нескольких местах шва а затем уже производить сварку.

Ведение дуги при сварке осуществляют таким образом, чтобы обеспечить проплавление свариваемых кромок и получить требуе­мое количество наплавленного металла при хорошем формировании шва. После окончания сварки с помощью молотка и металлической щетки удаляют шлак, образовавшейся на сварочном шве.