Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Виды сварки. 2

Содержание

Введение………………………………………………………………………… 3

1 Классификация сварки металлов…………………………………………… 5

2 Электродуговая сварка…………………………………………………………5

2.1 Сварочная дуга…………………………………………………………5

2.2 Описание процесса……………………………………………………..7

2.3 Классификация электродуговой сварки ……………………………...8

2.4 Ручная дуговая сварка………………………………………………...13

3 Электрошлаковая сварка………………………………………………………14

3.1 Описание процесса……………………………………………………14

3.2 Классификация разновидностей электрошлаковой сварки………..15

3.3 Технологические параметры ЭШС…………………………………..17

3.4 Особенности электрошлакового процесса…………………………..22

3.5 Область применения………………………………………………….25

Заключение………………………………………………………………………29

Список использованной литературы…………………………………………...30

Введение

Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами керамикой, графитом, стеклом и др., а также пластмассы. Сварка экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения. Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов, энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках. В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса термический, термомеханический и механический. К термическому классу относятся виды сварки осуществляемые плавлением, с использованием тепловой энергии, дуговая, плазменная, электрошлаковая, электроннолучевая, лазерная, газовая и др. К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления контактная, диффузионная и др. К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др. Свариваемость - свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Классификация сварки металлов.

ГОСТ 19521-74[2] устанавливает классификацию сварки металлов по основным физическим, техническим и технологическим признакам.

Физические признаки, в зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, подразделяются на три класса:

Термический класс: виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии.
Термомеханический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления.
Механический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления.

К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность сварки, степень механизации сварки.

Технологические признаки установлены ГОСТ 19521-74 для каждого способа сварки отдельно.

2 Электродуговая сварка

2.1 Сварочная дуга.

Сварочной дугой называют длительный мощный электрический разряд в ионизированной среде. При этом начальная фаза среды может быть любой: твёрдой, например, сварочный флюс; жидкой, например, вода; газообразной, например, аргон; плазменной.

Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12 000 К и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотности тока. Температуру приближенно можно определить по формуле, предложенной академиком АН УССР К. К. Хреновым: Tст = 810 × Uдейств, где Tст — температура столба дуги, K; Uдейств — действующий потенциал ионизации, V.

Электросварка — один из способов сварки, использующий для нагрева и расплавления металла электрическую дугу.

Температура электрической дуги (до 5000°С) превосходит температуры плавления всех существующих металлов.

1802 год — В. В. Петров открыл явление вольтовой электрической дуги и указал, что появляющийся «белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются, и от которого тёмный покой довольно ясно освещён быть может».

1803 год — В. В. Петров опубликовал книгу «Известия о гальвани-вольтовых опытах…», где описал способы изготовления вольтова столба, явление электрической дуги и возможность её применения для электроосвещения, электросварки и электропайки металлов.

1882 год — Н. Н. Бенардос изобрёл электрическую сварку с применением угольных электродов.

1888 год — Н. Г. Славянов впервые в мире применил на практике дуговую сварку металлическим (плавящимся) электродом под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сварил коленчатый вал паровой машины.

1893 год — На Всемирной выставке в Чикаго Н. Г. Славянов получил золотую медаль за способ электросварки под слоем толчёного стекла.

1905 год — В. Ф. Миткевич впервые в мире предложил применять трёхфазную дугу для сварки металлов.

1932 год — К. К. Хреновым впервые в мире в Советском Союзе осуществлена дуговая сварка под водой.[1]

1939 год — Е. О. Патоном разработаны технология автоматической сварки под флюсом, сварочные флюсы и головки для автоматической сварки, электросварные башни танков, электросварной мост.

2.2 Описание процесса

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора подводится электроэнергия. Под действием теплоты электрической дуги (до 7000°С) кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока.

В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки в процессе электросварки.

Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через нуль и смены полярности тока.

В аппаратах для электросварки постоянным током применяются выпрямители.

2.3 Классификация дуговой сварки

Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса, рода тока и полярности, типа сварочной дуги, свойств сварочного электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.

По степени механизации различают:

ручную дуговую сварку
полуавтоматическую дуговую сварку
автоматическую дуговую сварку

Отнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определённой длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

При ручной дуговой сварке (ММА -Manual Metal Arc) указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов.

При полуавтоматической дуговой сварке (MIG/MAG -Metal Inert/Active Gas) плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную.

При автоматической дуговой сварке под флюсом механизируются операции по возбуждению дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.

По роду тока различают:

электрическая дуга, питаемая постоянным током прямой полярности (минус на электроде)
электрическая дуга, питаемая постоянным током обратной (плюс на электроде) полярности
электрическая дуга, питаемая переменным током.

По типу дуги различают:

дугу прямого действия (зависимую дугу)
дугу косвенного действия (независимую дугу)

В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также является частью сварочной цепи, и для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором — дуга горит между двумя электродами.

По свойствам сварочного электрода различают:

способы сварки плавящимся электродом
способы сварки неплавящимся электродом (угольным, графитовым и вольфрамовым)

Сварка плавящимся электродом является самым распространённым способом сварки; при этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше — многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание — сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9.

По условиям наблюдения за процессом горения дуги различают:

открытую
закрытую
полуоткрытую дугу

При открытой дуге визуальное наблюдение за процессом горения дуги производится через специальные защитные стёкла — светофильтры. Открытая дуга применяется при многих способах сварки: при ручной сварке металлическим и угольным электродом и сварке в защитных газах. Закрытая дуга располагается полностью в расплавленном флюсе — шлаке, основном металле и под гранулированным флюсом, и она невидима. Полуоткрытая дуга характерна тем, что одна её часть находится в основном металле и расплавленном флюсе, а другая над ним. Наблюдение за процессом производится через светофильтры. Используется при автоматической сварке алюминия по флюсу.

По роду защиты зоны сварки от окружающего воздуха различают:

дуговая сварка без защиты (голым электродом, электродом со стабилизирующим покрытием)
дуговая сварка со шлаковой защитой (толстопокрытыми электродами, под флюсом)
дуговая сварка со шлакогазовой защитой (толстопокрытыми электродами)
дуговая сварка с газовой защитой (в среде защитных газов) (MIG-MAG)
дуговая сварка с комбинированной защитой (газовая среда и покрытие или флюс)

Стабилизирующие покрытия представляют собой материалы, содержащие элементы, легко ионизирующие сварочную дугу. Наносятся тонким слоем на стержни электродов (тонкопокрытые электроды), предназначенных для ручной дуговой сварки.

Защитные покрытия представляют собой механическую смесь различных материалов, предназначенных ограждать расплавленный металл от воздействия воздуха, стабилизировать горение дуги, легировать и рафинировать металл шва.

Наибольшее применение имеют средне — и толстопокрытые сварочные электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки и наплавки, изготовляемые в специальных цехах или на заводах.

В последнее время получает распространение плазменная сварка, где дуга между инертными неплавящимися электродами используется для высокотемпературного нагрева промежуточного носителя, например — водяного пара. Известна также сварка атомарным водородом, получаемым в дуге между вольфрамовыми электродами, и выделяющем тепло при рекомбинации в молекулы на свариваемых деталях.

Аргонодуговая сварка относится к виду сварки плавлением. Сварка 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 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.

2.4 Ручная дуговая сварка

В англоязычной литературе именуется en:shielded metal arc welding (SMA welding, SMAW) или manual metal arc welding (MMA welding, MMAW).

Для сварки используют электрод с нанесённым на его поверхность покрытием (обмазкой).

При плавлении обмазки образуется защитный слой, отделяющий зону сварки от атмосферных газов (азота, кислорода), и способствующий легированию шва, повышению стабильности горения дуги, удалению неметаллических включений из металла шва, формированию шва и т. д. В зависимости от типа электрода и свариваемых материалов электросварка производится постоянным током обеих полярностей или переменным током.

Ручная (TIG) и полуавтоматическая (MIG, MAG) импульсная сварка алюминия является более сложным процессом, чем электродуговая сварка чёрных металлов. Причиной тому — уникальные свойства алюминиевых сплавов, за которые они и ценятся.

3 Электрошлаковая сварка.

3.1Описание процесса.

Способ сварки, основанный на выделении тепла при прохождении электрического тока через расплавленный шлак, получил название электрошлаковой сварки. В пространстве, образованном кромками свариваемых изделий и формирующими приспособлениями, создаётся ванна расплавленного шлака, в которую погружается металлический стержень – электрод. Ток, проходя между электродом и основным металлом, нагревает расплав и поддерживает в нём высокую температуру и электропроводность. Температура шлаковой ванны должна превышать температуру плавления основного и электродного металла. Шлак расплавляет погруженный в него электрод и кромки изделия. Расплавленный основной металл вместе с электродным собирается на дне шлаковой ванны и образует металлическую ванну, которая, затвердевая, даёт шов, соединяющий кромки изделия. По мере расплавления электрод подаётся вниз.

Наилучшие условия для плавления основного металла и для получения глубокой шлаковой ванны создаются при вертикальном положении оси шва. Поэтому электрошлаковая сварка применяется наиболее часто в сочетании с принудительным формированием сварочной ванны. Электрошлаковая сварка в нижнем положении менее удобна и не получила распространения.

3.2 Классификация разновидностей электрошлаковой сварки.

Различают две основные группы приёмов электрошлаковой сварки: 1) со свободным формированием сварочной ванны и 2) с принудительным формированием её. Кроме того, возможно деление по другим признакам: по роду тока, характеристике источника питания, степени механизации и многим другим показателям.

Электрошлаковая сварка с принудительным формированием может выполняться различными приёмами, зависящим от типа электродов, способа введения их в разделку и подвода к ним сварочного тока. Из них в настоящее время применяются: сварка проволокой, сварка электродом большого сечения, сварка плавящимся мундштуком и стыковая электрошлаковая сварка (контактно-шлаковая).

Для сварки металла большой толщины электроду следует придавать колебательные движения в направлении толщины металла либо увеличивать число электродов или изменять их сечение. Очень часто применяется сочетание этих приёмов.

При сварке с колебаниями число электродов обычно не превышает трёх, во избежание чрезмерного усложнения аппаратуры. При сравнительно коротких швах мундштуки можно вводить в разделку не сбоку, а сверху. В этом случае число электродов может быть значительно больше трёх. В обоих случаях мундштуки вместе с подающим механизмом движутся вверх со скоростью образования шва.

Наряду с электродами сплошного сечения при описанных выше схемах электрошлакового процесса может быть применена так называемая порошковая проволока или трубчатый электрод с целью дополнительного легирования металла шва.

Если мундштуки сделать из того же (примерно) материала, что и электродные проволоки, и подающий механизм при сварке не поднимать, то мундштуки при подходе к ним шлаковой ванны будут плавиться и переходить в шов. Этот приём электрошлаковой сварки называется сваркой плавящимся мундштуком.

При сварке тремя пластичными электродами, мундштуки отсутствуют, а механизм вертикального перемещения с неподвижно закреплённым в нем электродом движется вниз навстречу шву.

Электроды большого сечения могут иметь самую разнообразную форму поперечного сечения: прямоугольную, кольцеобразную (для сварки цилиндрических деталей) или фасонную. Для уплотнения слитков, отливки, переплавки и других видов работ с большим количеством переплавляемого металла могут применяться электроды из брикетированной стружки и других отходов. В некоторых случаях для регулирования проплавления кромок могут применяться полые электроды, заполненные металлической крупкой.

Стыковая электрошлаковая сварка, или, как её называют, контактно-шлаковая, отличается тем, что при ней отсутствует присадочный металл; ток пропускается между свариваемыми частями. При этой схеме свариваемые поверхности занимают горизонтальное положение; шлаковая ванна находится между нижней деталью и верхней. При пропускании тока через шлак свариваемые поверхности оплавляются, а над нижней поверхностью образуется ванна расплавленного металла. После этого свариваемые части сближаются; шлак вытесняется из пространства между ними, расплавленный металл затвердевает, и детали оказываются сваренными между собой. Момент выключения тока может иногда предшествовать осадке свариваемых деталей.

Сварка проволокой в настоящее время широко применяется в промышленности. Она даёт возможность получать швы различной формы с достаточно равномерным проваром заданной ширины. Проволокой можно сварить металл толщиной от 20 до 500-600 мм при любой длине шва.

Пластинчатыми электродами сваривают прямолинейные швы любой толщины и сравнительно небольшой длины (до1-1,5 м). Применительно к коротким швам сварка пластинами удобнее сварки проволоками с колебаниями, так как аппаратура для неё проще и надёжнее. Кроме того, при сварке пластинами не требуется свободного места перед стыком. Важным преимуществом этого способа является возможность использования в качестве электродов таких материалов, как чугун, из которого нельзя или затруднительно изготовить проволоку.

Сварка плавящимся мундштуком может применяться для металла любой толщины при длине шва до 3 м, а в случае необходимости - и более. Она, как и сварка пластиной, не требует свободного места сбоку от стыка и, кроме того, допускает ограничение места над стыком. Характерной особенностью её является возможность сварки швов сложного криволинейного профиля. Аппаратура для сварки плавящимся мундштуком состоит из одного подающего механизма переносного типа, устанавливаемого, как правило, непосредственно на изделие. Это делает её удобной для сварки мелких швов, для которых другие способы невыгодны.

Технологические параметры процесса

электрошлаковой сварки (ЭШС).

Сущность метода принудительного формирования состоит в искусственном охлаждении поверхности металлической ванны.

Основное назначение шлаков при эшс – преобразование электрической энергии в тепловую. Поэтому основной характеристикой шлаков является их электропроводность и зависимость её от температуры.

Если бы существовал шлак, не изменяющий своей проводимости в зависимости от температуры, то его сравнительно легко можно было бы использовать для целей сварки. Всегда можно подобрать такое напряжение, которое, будучи приложенным к постоянному сопротивлению, вызовет выделение в этом сопротивлении требуемой мощности и, следовательно, будет поддерживать в нём требуемую температуру. В действительности проводимость расплавленных шлаков резко повышается с ростом температуры, а ниже определённой температуры шлаки практически являются непроводниками. Это обстоятельство усложняет стабилизацию процесса.

Некоторые шлаки, содержащие двуокись титана, являются хорошими проводниками даже в твёрдом состоянии при комнатной температуре. Такого рода шлаки обладают электронной проводимостью, в отличие от ионной проводимости шлаков, находящихся в жидком состоянии.

В отличие от дуговой сварки под флюсом при электрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передаётся шлаковой ванне, а от неё электроду и основному металлу. Условием стабильности процесса является постоянство температуры шлаковой ванны, иначе говоря, равенство получаемого и отдаваемого тепла.

Одним из препятствий, возникающих при практическом применении электрошлакового процесса, является возможность появления дугового разряда между электродом и свободной поверхностью шлаковой ванны либо, чаще всего в глубине шлаковой ванны. Такой разряд бывает очень неустойчивым, и появление его при электрошлаковой сварке может привести к образованию дефектов шва. Для предупреждения дугового разряда сварку нужно вести в условиях, противоположных условиям стабилизации дугового разряда: в глубокой шлаковой ванне, на переменном токе, при низком напряжении холостого хода и с применением шлаков с низким стабилизирующими свойствами. Эти меры затрудняют появление дугового разряда и увеличивают устойчивость электрошлакового процесса.

Однако при чрезмерном ухудшении условия устойчивости дугового разряда, бывают случаи нарушения устойчивости электрошлакового процесса вследствие, например, случайного вытекания шлаковой ванны. Для восстановления шлаковой ванны требуется достаточно устойчивый дуговой разряд при мелкой ванне и быстрое снижение его устойчивости при глубокой ванне. Этого можно достичь применяя электрод малого диаметра, увеличивая зазор между кромками или изменяя соответствующим образом напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Увеличение зазора экономически невыгодно.

Применение шлаков на основе фтористого кальция, обладающих большой электропроводностью, значительно сокращает время, необходимое для перехода от дугового процесса к электрошлаковому.

Чтобы электродный металл надёжно сплавлялся с основным, поверхность последнего должна быть предварительно оплавлена и иметь температуру, близкую к температуре плавления. Кроме того, поверхность металла должна быть надёжно защищена от окисления. При дуговой сварке в нижнем положении расплавление кромок и заполнение разделки металлом происходит, как правило, не одновременно. Металл из полости, выплавляемой дугой, отбрасывается назад, а полость заполняется лишь после отвода дуги. При сварке вертикальных швов это явление выражено ещё более отчётливо; металл кромок, оплавляемых дугой или шлаком, стекает вниз, образуя общую ванну с электродным металлом. В результате оплавления кромок над металлической ванной всегда образуется незаполненная металлом полость.