Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Електричне дугове зварювання

РОЗДІЛ V

ЗВАРЮВАННЯ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Глава I

Загальні відомості

§ 1. Сутність процесу зварювання.

Зварюванням називається технологічний процес одержання нероз'ємних з'єднань твердих матеріалів, що здійснюється за рахунок використання міжмолекулярних і міжатомних сил зчеплення.

Зварювання широко застосовується в сучасному машинобудуванні, будівництві для з'єднання металів й їхніх сплавів між собою й з неметалічними матеріалами (керамікою, склом), а також для з'єднання пластмас. Зварювання є високопродуктивним й економічно вигідним процесом обробки матеріалів.

Суть процесу з'єднання матеріалів шляхом зварювання полягає в зближенні поверхонь, що з'єднують, на відстань, у межах якого починають діяти сили міжатомного зчеплення. Ця відстань має порядок декількох ангстрем (Аº=10^{-8 см). Сучасні способи зварювання для необхідного зближення поверхонь деталей, що з'єднують, передбачає тепловий і механічний вплив на метал у зоні з'єднання.}

§ 2. Класифікація способів зварювання.

У цей час налічується кілька десятків способів зварювання і їхніх різновидів. Всі вони можуть класифікуватися по двом ознакам:

1. по методу об'єднання поверхонь, що з'єднують;

2. по виду застосовуваної енергії.

По першій ознаці всі зварювальні процеси можна розділити на способи зварювання плавленням і способи зварювання тиском.

При зварюванні плавленням проводиться розплавлювання крайок заготівель, які зварюють, і присадочного матеріалу для заповнення зазору між ними. Підвищена рухливість атомів матеріалу в рідкому стані приводить до об'єднання деталей у результаті утворення загальної зварювальної ванни. Після затвердіння зварювальної ванни й виникнення звареного шва утвориться міцне з'єднання.

До способів зварювання плавленням відноситься:

1. дугове зварювання (ручна, автоматична під флюсом, газоелектрична й дуговою плазмою);

2. електрошлакова;

3. електронопроменева;

4. газова;

5. термітна.

При зварюванні тиском з'єднання заготівель здійснюється шляхом спільної пластичної деформації поверхонь, що з'єднують. Пластична деформація здійснюється за рахунок додатка зовнішнього зусилля. При цьому метал у зоні з'єднання нагрівають із метою підвищення пластичності. У процесі деформації відбувається зняття нерівностей, руйнування окісних плівок, у результаті чого забезпечується повний контакт між заготівлями. Виникнення міжатомних зв'язків у цих умовах приводить до міцного з'єднання деталей.

К способам зварювання тиском відносяться:

1. контактна;

2. індукційна;

3. дифузійна;

4. ультразвукова;

5. газопресова;

6. зварювання тертям;

7. холодне зварювання.

По виду застосовуваної енергії зварювання може бути:

1. електричним (всі види дугового зварювання, електрошлакового, контактного);

2. хімічним (газова й термітна);

3. механічним (ковальським, холодним, тертям, вибухом й ультразвуком);

4. променевим (електронопроменева, лазерним і сонячним променем).

Глава II

Електричне дугове зварювання

§ 1. Поняття про електричну дугу й характеристика основних способів зварювання.

Джерелом теплоти при дуговому зварюванні є електрична дуга, що горить між двома електродами, при цьому одним електродом є заготовка, що зварюється.

Зварювальна дуга – це потужний електричний розряд в іонізованому газовому середовищі, що супроводжується виділенням значної кількості тепла й світла.

Процес запалювання дуги при зварюванні складається з 3-х періодів:

1. коротке замикання електрода на заготівлю;

2. відвід електрода на відстань 3...6 мм;

3. виникнення стійкого дугового розряду.

Коротке замикання виробляється з метою розігріву торця електрода й основного металу в зоні контакту з електродом. Після відводу електрода з його розігрітого торця, що є катодом, під дією електричного поля починається емісія електронів. Зіткнення в напрямку до анода електронів, що швидко рухаються, з молекулами газів й атомами пар металів приводить до їхньої іонізації. У результаті дуговий проміжок стає електропровідним і через нього починається розряд ел. струму. Процес запалювання дуги закінчується виникненням стійкого дугового розряду.

Електрична дуга є концентрованим джерелом теплоти з дуже високою температурою. Температура стовпа дуги досягає 6000ºС, а температура анодної й катодної плям - 2000...3000 ºС.

Однак не вся потужність дуги повністю витрачається на нагрівання й розплавлювання електрода й основного матеріалу, частина її губиться в результаті тепловіддачі в навколишнє середовище. Так при ручному дуговому зварюванні втрати потужності становлять 20%, приблизно 30% потужності йде на нагрівання й розплавлювання електрода, а інші 50% витрачаються на нагрівання й розплавлювання основного матеріалу.

Залежно від матеріалу й кількості електродів, а також від способу включення електродів і заготівлі в ланцюг електричного струму розрізняють наступні способи дугового зварювання:

1. зварювання електродом, що не плавиться (спосіб Бенардоса) або вольфрамовим. З'єднання здійснюється або шляхом розплавлювання тільки одного основного металу, або із застосуванням присадочного матеріалу.

2. варіння електродом, що плавиться (спосіб Славянова). Електрод подається у зварювальну дугу, розплавляється й наповнює зварювальну ванну рідким металом.

3. зварювання дугою непрямої дії. Дуга горить між двома електродами, що плавляться або не плавляться, основний метал нагрівається й плавиться теплом, випромінюваним стовпом дуги.

4. зварювання трифазною дугою. Два електроди й деталь підключені до різних фаз трифазного струму. Дуга виникає між електродами, а також між кожним електродом й основним металом.

§ 2. Джерела живлення зварювальної дуги.

Для дугового зварювання використається як постійний, так і змінний струм. Джерелами постійного струму є генератори постійного струму й зварювальні випрямлячі – селенові, германієві й кремнієві.

Генератори постійного струму виготовляють стаціонарними й пересувними із приводом від електродвигуна й від двигуна внутрішнього згоряння.

При зварюванні змінним струмом переважно використовують зварювальні трансформатори, які поширені ширше, ніж генератори. Зварювальні трансформатори простіше у виготовленні й експлуатації, мають невелику вагу й меншу вартість, більш високий ККД і більшу довговічність.

Джерела постійного струму виготовляють однопостовими й багатопостовими, а змінного тільки однопостовими.

§ 3. Ручне дугове зварювання.

Виконується зварювальними електродами, подача яких у дугу й переміщення уздовж заготівлі виконується вручну рукою зварника. Для втримання електрода й підведення до нього струму зварник користується електродотримачем. Для захисту від світлового й ультрафіолетового випромінювання дуги лице зварника закривається запобіжним щитком або маскою з темними стеклами, а тіло й руки – брезентовим спецодягом і рукавицями. Робоче місце зварника міститься в спеціальній кабіні.

Електроди для ручного зварювання являють собою дротові стрижні з нанесеним на них покриттям. Стрижень електрода виготовляється зі спеціального зварювального дроту підвищеної якості, зі зниженим змістом P й S. ГОСТ передбачає 56 марок дроту діаметром 0,3...12 мм.

Схема процесу зварювання наступна: дуга горить між стрижнем електрода й основним металом. Стрижень плавиться й розплавлений метал краплями стікає у зварювальну ванну. Разом зі стрижнем плавиться покриття електрода, утворюючи газову захисну атмосферу навколо дуги й шлакову ванну на поверхні розплавленого металу. У міру руху дуги відбувається затвердіння зварювальної ванни й утворення звареного шва. Рідкі шлаки в міру остигання утворюють на поверхні шва тверду жужільну кірку.

Ручне дугове зварювання широко застосовується у виробництві металоконструкцій для зварювання різних матеріалів малої і середньої товщини (від 2...30 мм). Особливо вона вигідна й зручна при виконанні коротких і криволінійних швів у будь-яких просторових положеннях (нижньому, вертикальному, стельовому), а також при накладенні швів у важкодоступних місцях. Недолік - низька продуктивність.

§ 4. Автоматичне дугове зварювання під флюсом.

При цьому зварюванні використовується процес, що принципово відрізняється від ручного зварювання покритими електродами. Характерні риси автоматичного зварювання полягає в наступному:

1. зварювання ведеться непокритим електродним дротом;

2. захист дуги й зварювальної ванни здійснюється флюсом;

3. подача й переміщення електродного дроту механізована.

Дугове зварювання під флюсом виконується автоматичними зварювальними головками або самохідними тракторами, що переміщаються безпосередньо по виробу. Основним їхнім призначенням є подача електродного дроту в дугу й підтримка постійного режиму зварювання протягом усього процесу.

Переваги: підвищення продуктивності зварювання в 20...25 разів, підвищення якості зварених з'єднань і зменшення собівартості 1 м звареного шва.

§ 5. Напівавтоматичне дугове зварювання під флюсом.

Відрізняється від автоматичної тим, що переміщення електродного дроту здійснюється вручну.

Застосовується для виконання коротких і переривчастих швів, а також криволінійних швів, які неможливо зварити автоматичним зварюванням.

§ 6. Електрошлакове зварювання.

Є принципово новим процесом з'єднання металів, при якому розплавлювання основного й електродного металів здійснюється теплотою, що виділяється при проходженні електричного струму через шлакову ванну.

Процес починається з утворення шлакової ванни в просторі між кромками основного металу й пристосуваннями (повзунами), причому шляхом розплавлювання флюсу електричною дугою. Після нагромадження деякої кількості рідких шлаків дуга гасне, а подача дроту й підведення струму триває. При проходженні струму через шлакову ванну виділяється теплота, достатня для підтримки високої температури шлаків і розплавлювання кромок основного металу й електродного дроту. Дріт вводиться в зазор і подається в шлакову ванну за допомогою мундштука й служить для підведення струму й поповнення зварювальної ванни розплавленим металом. Електрошлакове зварювання здійснюється при вертикальному положенні деталей, що зварюють.

Переваги:

1. підвищення продуктивності внаслідок безперервності процесу зварювання, виконуваної за один прохід при будь-якій товщині металу, збільшення зварювального струму в 1,5...2 рази, зменшення витрати електродного металу;

2. підвищення якості звареного з'єднання;

3. зниження витрат на 1 погонний метр шва в 10 і більше раз.

Електрошлакове зварювання застосовується у важкому машинобудуванні для виготовлення зварювально-литих і зварювально-кованих конструкцій, таких як станини потужних пресів, колінчасті вали суднових двигунів, ротори й вали турбін.

Товщина металу, що зварюється, перебуває в межах від 50...2000 мм.

§ 7. Дугове зварювання в середовищі захисних газів.

Суть способу полягає в тому, що для захисту розплавленого металу від шкідливого впливу кисню й азоту повітря в зону дуги, що горить між зварювальним виробом і що плавиться або не плавиться електродами через сопло безупинно подається струмінь захисного газу. У якості захисних застосовуються інертні гази – аргон і гелій, активні - вуглекислий газ, водень, азот. Застосовують також суміші аргону з киснем, аргону з азотом, аргону з вуглекислим газом, вуглекислого газу з киснем.

Інертні гази використовуються для зварювання хімічно активних металів (високолеговані сталі й кольорові метали).

У середовищі захисних газів застосовується ручне й механізоване зварювання електродом, що не плавиться, а також автоматичним і напівавтоматична електродом, що плавиться.

Переваги:

1. відсутність необхідності в застосуванні обмазок і флюсів;

2. високий ступінь концентрації джерела теплоти, що сприяє зменшенню жолоблення виробу;

3. низька вартість;

4. можливість зварювання в будь-яких просторових положеннях.

Глава III

12 Следующая ⇒