1. Схема и сущность, технологич возможности и области применения автоматич дуговой сварки под флюсом.

Для автоматической дуговой сварки под флюсом применяют непокрытую электродную проволоку, а для защиты сварочной ванны и дуги от воздуха используют флюс. Перемещение и подача электродной проволоки полностью механизированы, а процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва автоматизированы.

В ходе автоматической дуговой сварки под флюсом дуга проходит между основным металлом и проволокой. Металлическая ванна жидкого металла и столб дуги со всех сторон тщательно закрыты слоем флюса толщиной примерно 30 – 35 мм. Благодаря тому, что часть флюса расплавляется, вокруг дуги появляется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла – ванна жидкого шлака. Во время сварки под флюсом происходит глубокое проплавление основного металла. Очень быстрое движение электрода вдоль заготовки и действие мощной дуги способствуют оттеснению расплавленного металла в противоположную направлению сварки сторону.

В процессе поступательного движения электрода происходит затвердевание шлаковой и металлической ванн с возникновением сварного шва, покрытого твердой шлаковой коркой. Используя механизмы перемещения и подачи проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва. Ток к электроду идет через токопровод.

Автоматическую дуговую сварку под флюсом производят сварочными головками, сварочными автоматами или самоходными тракторами, перемещающимися по изделию. Назначение сварочных автоматов – подача электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного сварочного режима во время всего процесса.

Используется автоматическая дуговая сварка под флюсом в массовом и серийном производствах для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов в нижнем положении на металле толщиной 2 – 100 мм. Под флюсом сваривают металлы различных классов. Такую сварку часто используют при производстве резервуаров для хранения газов и жидкостей, котлов, мостовых балок, корпусов судов и других изделий. Сварка под флюсом - это одно из основных компонентов автоматических линий для производства сварных автомобильных колес и станов, а также для изготовления сварных прямошовных и спиральных труб.



2. Сущность, схема и технологические возможности контактной стыковой сварки.

Стыковая сварка—разновидность кон­тактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности со­прикосновения. Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах стыковой ма­шины. Зажим 3 установлен на подвижной плите 4, перемещающей­ся в направляющих, зажим 2 укреплен на неподвижной плите 1. Сварочный трансформатор соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети через включающее устройство. Плиты перемещаются, и заготовки сжимаются под действием силы Р, обеспечиваемой механизмом осадки. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и после­дующей осадкой называют сваркой сопротивлением, а при разогреве торцов заготовок до оплавления и последую­щей осадкой — сваркой оплавлением. Для правильного формирования свар­ного соединения необходимо, чтобы процесс протекал в определенной по­следовательности. Заготовки сдавливаются си­лой Р, включается ток, металл разо­гревается до пластического состояния, затем заготовки снова сдавливают — производят осадку, одновременно от­ключая ток. Перед стыковой сваркой сопротив­лением заготовки должны быть очи­щены от оксидных пленок и торцы их плотно пригнаны друг к другу пред­варительной механической обработкой. Параметрами режима контактной стыковой сварки сопротивлением явля­ются плотность тока j (А/мм2), сила сжатия торцов заготовки -Р(Н) и время протекания тока t (с), которое опре­деляют косвенно через величину осадки, зависящую от установочной длины L. Установочной длиной L называют рас­стояние от торца заготовки до внут­реннего края электрода стыковой ма­шины, измеренное до начала сварки. Она зависит от теплофизических свойств металла, конфигурации стыка и размеров заготовки. Этим способом соединяют заготовки малого сечения (до 100 мм2), так как при больших сечениях нагрев будет неравномерным. Сечения соединяемых заготовок должны быть одинаковыми по форме и с простым периметром (круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением сторон). Сваркой сопро­тивлением можно сваривать низкоу­глеродистые, низколегированные кон­струкционные стали, алюминиевые сплавы.

Стыковая сварка оплавлением имеет две разновидности: непрерывным и пре­рывистым оплавлением. При непрерыв­ном оплавлении между заготовками, установленными в электродах машины, оставляют зазор, подключают источник тока и равномерно сближают заготов­ки. Соприкосновение происходит вна­чале по отдельным небольшим площад­кам, через которые протекает ток вы­сокой плотности. При этом под действием магнитного поля расплавленный и кипящий металл выбрасывается на­ружу. После достижения равномерного оплавления всей поверхности стыка за­готовки осаживают. При прерывистом оплавлении зажа­тые заготовки сближают, приводят их в кратковременное соприкосновение и вновь отводят на небольшое рас­стояние.

Быстро повторяя одно за другим сближения и разъединения, выполняют оплавление всего сечения. Затем вы­ключают ток и сдавливают заготовку. Под давлением часть расплавленного металла вместе с оксидами выдавлива­ется из зоны сварки.

Сварка оплавлением имеет преиму­щества перед сваркой сопротивлением. В процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а оксиды и за­грязнения удаляются, поэтому не тре­буется особой подготовки места со­единения. Можно сваривать заготовки с сечением сложной формы, а также заготовки с различными сечениями, разнородные металлы (быстрорежу­щую и углеродистую стали, медь и алюминий и т. д.).

Наиболее распространенными изде­лиями, изготовляемыми стыковой свар­кой, служат элементы трубчатых кон­струкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы и т. п.
















3. Понятия о свариваемости и ее показателях. Способы повышеия качества сварных соединений.

Свариваемость—свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки сварные соединения, отвеча­ющие требованиям, обусловленным кон­струкцией и эксплуатацией изделия. В зависимости от того, удовлетворяет ли сварное соединение предъявляемым требованиям, свариваемость может быть достаточной или недостаточной.
Безотносительно к виду конструкции
и ее назначению свариваемость матери­алов оценивают степенью соответствия заданных свойств сварного соединения одноименным свойствам основного ме­талла и их склонностью к образованию таких сварочных дефектов, как трещи­ны, поры, шлаковые включения и др. По этим признакам материалы раз­деляют на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо свариваю­щиеся.

Свариваемость материалов в основ­ном определяется типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в ме­сте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая структуре соединяемых заготовок. Про­чность соединения определяется внутри-кристаллическими связями, и свариваемость оценивается как хорошая или удовлетворительная.

При сварке разнородных материалов в зависимости от степени их взаимной растворимости в твердом состоянии в соединении образуются твердые рас­творы, химические и интерметаллидные соединения или смесь зерен соединя­емых материалов. В этих случаях про­чность соединения обеспечивается сцеп­лением по границам частиц и зерен. Механические и физические свойства соединений могут существенно отли­чаться от свойств свариваемых ма­териалов. При этом высока вероя­тность образования несплошностей в виде трещин и несплавлений. Сва­риваемость оценивается как ограни­ченная или плохая.

В зависимости от состояния металла в зоне соединения и использования внешних усилий различают способы сварки плавлением и давлением. Сварка плавлением осуществляется местным сплавлением соединяемых частей без приложения давления (виды сварки: ду­говая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, электрошлаковая, газовая и др.). Сварка давлением осуществляет­ся с применением давления за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже темпера­туры плавления (виды сварки: холодная, контактная, ультразвуковая, диффузион­ная, трением, взрывом и др.).









4. Способы и технологические особенности сварки алюм сплавов. Виды дефектов. Способы их устранения.

Трудности при сварке алюминия и его сплавов обусловлены образова­нием тонкой прочной и тугоплавкой поверхностной пленки оксида А12О3, плавящегося при температуре 2050° С; склонностью к образованию газовой пористости; склонностью к образова­нию горячих трещин.

Пленка оксида покрывает капли рас­плавленного металла и препятствует сплавлению их между собой и основ­ным металлом. Для разрушения и уда­ления пленки и защиты металла от повторного окисления при сварке ис­пользуют специальные флюсы или ве­дут сварку в атмосфере инертных газов. Действие флюсов основано на растворении пленки оксидов. При свар­ке в защитных газах пленка разруша­ется в результате электрических процес­сов в том случае, если она оказывается в катодной области дуги. Это реализу­ется при сварке плавящимся электро­дом на постоянном токе обратной полярности и сварке неплавящимся эле­ктродом на переменном токе с использованием специальных источников тока.

Причиной газовой пористости в свар­ных швах алюминия является водород. Источник водорода — влага воздуха, которая сильно адсорбируется пленкой оксида на поверхности заготовки и сва­рочной проволоки. Газовая пористость обусловлена, с одной стороны, насыще­нием расплавленного металла большим количеством водорода, с другой — ма­лой его растворимостью в твердом состоянии. Для предупреждения пори­стости необходима тщательная меха­ническая очистка свариваемой поверх­ности заготовок и сварочной проволоки или химическая их очистка (например, раствором NaOH). При этом с пленкой оксида удаляется скопившаяся на ней влага.

Образование горячих трещин в алю­минии и некоторых его сплавах свя­зано с крупнокристаллической мак­роструктурой сварных швов. Склон­ность к трещинам увеличивается при наличии небольшого количества Si (до 0,5%), который приводит к образо­ванию легкоплавкой эвтектики по гра­ницам кристаллов. Борьба с горячими трещинами ведется металлургическим путем. В шов через проволоку вводят Fe, нейтрализующий вредное влияние Si, и модификаторы Zr, Ti и В, способствующие измельчению кристал­литов в шве.

Наиболее трудно свариваются тер-мичеси упрочняемые сплавы системы А1 — Сu — Mg (дуралюмины). При на­греве свыше температуры 500° С проис­ходит оплавление границ зерен с об­разованием на расплавленных участках эвтектических выделений. После затвер­девания эвтектика имеет пониженные механические свойства, что приводит к охрупчиванию з. т. в. и снижению ее прочности по сравнению с прочностью основного металла. Свойства з. т. в. не восстанавливаются термической обра­боткой.

При сварке самозакаливающихся сплавов системы А1 — Zn — Mg возможно образование холодных трещин в послесварочный период, обусловленное выпадением хрупких интерметаллидов и действием сварочных напряжений.

Относительно хорошо свариваются термически не упрочняемые сплавы си­стемы А1—Мn и системы Al — Mg.

Наиболее широко применяют сварку алюминия и его сплавов в атмосфере защитных газов неплавящимся (толщины 0,5—10 мм) и плавящимся (тол­щины более 10 мм) электродами. В этом случае получают более высокое качество сварных швов по сравнению с другими видами дуговой сварки. Применяют также автоматическую сварку плавящимся электродом полуот­крытой другой по слою флюса, при которой для формирования корня шва используют медные или стальные под­ кладки. Возможна газовая сварка алю­миния и его сплавов. Флюс наносят на свариваемые кромки в виде пасты или вводят в сварочную ванну на разогретом конце присадочного прутка. Алюминий и его сплавы также сваривают плазменной и электрошлаковой сваркой; они достаточно хорошо сва­риваются контактной сваркой. Учиты­вая высокую теплопроводность и эле­ктропроводимость алюминия, для его сварки необходимо применять большие силы тока. Чистый (до 0,5% примесей) и технический алюминий (до 1,0% примесей) хорошо свариваются холод­ной сваркой.


5. Сущность, схемы, технологические особенности и область применения точечной и шовной сварки.

Точечная сваркаразновидность ко­нтактной сварки, при которой заго­товки соединяются в отдельных точках. При точечной сварке заготовки со­бирают внахлестку и сжимают силой Р между двумя электродами, подво­дящими ток к месту сварки. Соприкасающиеся с медными элект­родами поверхности свариваемых за­готовок нагреваются медленнее их вну­тренних слоев. Нагрев продолжают до пластичного состояния внешних и до расплавления внутренних слоев. После этого выключают ток и несколько увеличивают, а затем снимают да­вление. В результате образуется литая сварная точка.

Точечная сварка в зависимости от расположения электродов может быть двусторонней и односторонней. При двусторонней сварке (рис.а) две (или больше) заготовки 1 сжимают между электродами 2 точечной маши­ны. При односторонней сварке (рис. б) ток распределяется между верхним и нижним листами 3 и 4, причем нагрев осуществляется частью тока, протекающего через нижний лист. Для увеличения тока, проходящего че­рез нижний лист, предусмотрена медная подкладка 5. Односторонней сваркой можно соединять заготовки одновре­менно двумя точками. Параметры ре­жима точечной сварки: сила сжатия (Н), плотность тока / (А/мм2), время протекания тока t (с). Весь цикл сварки состоит из че­тырех стадий: сжатие свариваемых за­готовок между электродами; включение тока и разогрев места контакта до температуры плавления, сопровождаю­щийся образованием литого ядра точ­ки; выключение тока и увеличение сжатия (проковка) для улучшения стру­ктуры сварной точки; снятие сжатия. Перед сваркой место соединения очи­щают от оксидных пленок (наждачным кругом или травлением).

Точечной сваркой изготовля­ют штампо-сварные конструкции при соединении отдельных штампованных элементов сварными точками. В этом случае упрощается технология изготов­ления сварных узлов и повышается производительность. Точечную сварку применяют для изготовления изделий из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и высоколегирован­ных сталей, алюминиевых сплавов. То­лщина свариваемых металлов состав­ляет 0,5—5 мм.

Шовная сварка—разновидность кон­тактной сварки, при которой между свариваемыми заготовками образуется прочное и плотное соединение. Элек­троды выполняют в виде плоских ро­ликов, между которыми пропускают свариваемые заготовки.

В процессе шовной сварки листовые заготовки 1 собирают внахлестку, зажи­мают между электродами 2 и пропускают ток. При движении ро­ликов по заготовкам образуются пе­рекрывающие друг друга сварные точ­ки, в результате чего получается сплош­ной герметичный шов. Шовную сварку, как и точечную, можно выполнить при двустороннем (рис. а) и одностороннем (рис. б) расположениях электродов.

Последовательность этапов технологических операций вначале и по завершении сварки шва такая же, как при точечной. Сварку не прерывным включением тока (рис. а) применяют для коротких швов и сварки металлов и сплавов, с прерывистым включением тока (рис. б) обеспечивает стабильность процесса и высокое качество сварного соединения при малой зоне термического влияния. Ее используют при сварке длинных швов на заготовках из высоколегированных сталей и алюминиевых сплавов.

Шовная контактная сварка — очень высокопроизводительный процесс, ско­рость его может достигать 10 м/мин. Особенно эффективно ее применение в массовом производстве листовых кон­струкций для получения прочных и гер­метичных швов, например при изготов­лении емкостей. Допустимая толщина свариваемых заготовок 0,3—3 мм.


6. Физические процессы при сварке плавлением, приводящие к установлению межатомных связей между заготовками. Перечислите способы сварки плавлением.

При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока.


В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося электрода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае сварной шов получается за счет основного металла и металла электрода.


К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые; к неплавящимся — угольные, графитовые и вольфрамовые.


При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.


При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов необходима защита сварочной ванны от воздействия атмосферных газов — кислорода, азота и водорода, так как они могут проникать в жидкий металл и ухудшать качество металла шва. По способу защиты сварочной ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от воздействия атмосферных газов дуговая сварка разделяется на следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защитном газе, под флюсом, самозащитной порошковой проволокой и со смешанной защитой.


Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Сварка покрытыми электродами улучшает качество металла шва. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки). Покрытые электроды применяются для ручной дуговой сварки, в процессе которой необходимо подавать электрод в зону горения дуги по мере его расплавления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью формирования шва (рис. 1.1.).


При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного метаяла, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак. Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва. Сварку в среде защитных газов выполняют как плавящимся электродом, так и неплавящимся с подачей в зону горения дуги присадочного металла для формирования сварного шва. Сварка может быть ручной , механизированной (полуавтоматом) и автоматической. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Чаще применяются смеси газов: аргон + кислород, аргон + гелий, аргон + углекислый газ + кислород и др. В процессе сварки защитные газы подаются в зону горения дуги через сварочную головку и оттесняют атмосферные газы от сварочной ванны (рис. 1.4.).


При электрошлаковой сварке тепло, идущее на расплавление металла изделия и электрода, выделяется под воздействием электрического тока, проходящего через шлак. Сварка осуществляется, как правило, при вертикальном расположении свариваемых деталей и с принудительным формированием металла шва (рис. 1.5.). Свариваемые детали собираются с зазором. Для предотвращения вытекания жидкого металла из пространства зазора и формирования сварного шва по обе стороны зазора к свариваемым деталям прижимаются охлаждаемые водой медные пластины или ползуны. По мере охлаждеются для сварки, резки, наплавки, поверхностной обработки, прошивки отверстий и других видов лазерной обработки различных конструкционных материалов. С помощью С02 — лазера производится резка как металлических материалов, так и неметаллических: слоистых пластиков, стеклотексто-лита, гетинакса и др. Лазерная сварка и резка обеспечивают высокие показатели качества и производительности.


7. Способы и технические особенности сварки тугоплавких сплавов (на основе Ti, W, Mo).

Трудности при сварке тугоплавких металлов титана, циркония, молибдена, ниобия и др. связаны с тем, что они при нагреве интенсивно поглощают газы — кислород, водород и азот. При этом даже незначительное со­держание газа приводит к резкому снижению пластических свойств этих металлов.

Титан и его сплавы сваривают в защитной атмосфере аргона высшего со­рта. При этом дополнительно защища­ют струями аргона корень шва и не остывший до определенной температуры участок шва. Перед сваркой проволоку и основной металл дегазируют путем отжига в вакууме. При большем содержании газов снижается пластичность металла сварных соединений, кроме того, ти­тановые сплавы становятся склонными к образованию холодных трещин. От­ветственные узлы сваривают в камерах с контролируемой аргонной атмосфе­рой, в том числе и обитаемых, в ко­торых сварщики работают в скафанд­рах. Для сварки титана и его сплавов также применяют плазменную и эле­ктронно-лучевую сварку.

Молибден и ниобий и их сплавы более чувствительны к насыщению газами, чем титан, особенно кислородом. При содержании кислорода более 0,01% их пластические свойства резко снижают­ся. Молибден и ниобий и их сплавы сваривают дуговой сваркой в камерах с контролируемой аргонной атмосфе­рой или электронно-лучевой сваркой в вакууме.


8. Возникновение остаточных напряж и деформаций при сварке. Причины возник и способы их снижения.

Возникновение собственных свароч­ных напряжений (т. е. без приложения внешних сил) связано с неравномер­ностью температурного поля при свар­ке. Вследствие неравномерного разо­грева заготовки при сварке температурные деформации шва и з. т. в. ограничиваются в результате сопротивления менее нагретых зон ос­новного металла.

Вместо удлинения отдельных слоев свариваемого металла в соответствии с зависимостью +αТТ (αт — темпера­турный коэффициент металла; Т—максимальная температура нагрева слоя) происходит равномерное удлинение всей свариваемой пластины, в резуль­тате чего грань пластины 1 в момент максимального разогрева занимает по­ложение 2. Поэтому шов и прилега­ющая к нему зона металла при нагреве претерпевают местную пластическую деформацию сжатия, пропорциональ­ную заштрихованной площади 3. Таким образом, к началу охлаждения эти зоны оказываются укороченными. После охлаждения и обратной температурной деформации они должны были бы занять положение в соответствии с за­висимостью — αтТ. Однако их температурная деформация снова ограничивается реакцией основного ме­талла. В результате происходит рав­номерное укорочение всей пластины, и грань пластины 1 занимает положе­ние 4. Поскольку шов и зона термичес­кого влияния связаны с основным ме­таллом, они претерпевают внутреннюю упругопластическую деформацию рас­тяжения, пропорциональную заштрихо­ванной площади 5. Соответствующие упругой деформации растягивающие напряжения ( + ) в шве и з. т. в. урав­новешиваются сжимающими напряже­ниями ( —) в основном металле.

Внешние наблюдаемые деформации сварных заготовок (например, укороче­ние пластины после сварки, соответст­вующее перемещению ее грани 1 в по­ложение 4) не совпадают с внутрен­ними упругопластическими деформаци­ями, а их величины противоположны: чем больше внешние деформации, тем меньше внутренние деформации. Вели­чина и знак собственных сварочных напряжений определяются внутренними деформациями.

Снижение внутренних деформаций и напряжений — один из путей пред­упреждения трещин. Для этого необ­ходимо уменьшить реакцию основного металла на разогреваемые до высоких температур шов и з. т. в. Следует уменьшить геометрическую жесткость свариваемых заготовок, исключить их закрепление при сварке, а также при­менить предварительный подогрев для выравнивания температур по объему заготовки. Сварочные напряжения сни­маются также после сварки высоким отпуском. В то же время методы снижения внутренних деформаций и на­пряжений (кроме отпуска) приводят к увеличению внешних деформаций сварной заготовки. Для устранения по­следних, наоборот, необходимо увели­чение жесткости заготовок (постановка ребер, мембран и т. п.), или закреп­ление их при сварке. Выбор условий сварки определяется тем, что в данном случае опасней — трещины или короб­ление заготовки.

Процесс возникновения сварочных напряжений при сварке пластин встык: T=f(y) – распределение температуры по оси Oy; x=f(x) и y=f(y) – распределение остаточных продольных напряжений по ося Ox и Oy соответственно.


9. Сущность, схема и технологические возможности диффузионной сварки в вакууме.

При диффузионной сварке соединение образуется в результате взаимной диф­фузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находя­щихся в твердом состоянии. Диффузи­онные процессы в поверхностных слоях контактирующих заготовок протекают достаточно активно при нагреве до температур рекристаллизации (0,4ТПЛ) и давления, необходимого для пласти­ческого деформирования микровысту­пов и их смятия с целью обеспечения физического контакта по всей поверх­ности.

Диффузионную сварку в большинстве случаев выполняют в вакууме, однако она возможна в атмосфере инертных и защитных газов. Свариваемые заго­товки устанавливают внут­ри охлаждаемой металлической камеры, в которой создается вакуум 133х(10-3—10-5) Па, и нагревают с помо­щью вольфрамового или молибденового нагревателя либо индуктора ТВЧ. Все вводы в камеру хорошо герметизируются. С целью ускорения процесса в камеру может быть введен электронный луч, позволяющий нагревать заготовки с еще более высокими скоростями, чем при использовании ТВЧ. Обычно такой нагрев применяют при диффузионной сварке тугоплавких металлов и сплавов.

После того как достигнута требуемая температура, к заготовкам приклады­вают с помощью механического, гидравлического или пневматического устройства небольшое сжимающее дав­ление в течение нескольких минут.

Для получения качественного соеди­нения нагрев заготовок по всему сече­нию должен быть равномерным, а их поверхности предварительно очищены от оксидов и загрязнений. При нагреве в вакууме тончайшие адсорбированные и масляные пленки испаряются и не препятствуют образованию соединения.

Диффузионной сваркой можно со­единять металлы и сплавы, керамические материалы в однородных и разнородных сочетаниях независимо от их термомеханических свойств и взаимного смачивания, получая при этом прочные соединения без какого-либо изменения физико-механических свойств. Полученные соединения после сварки, как правило, не нуждаются в последующей механической обра­ботке.

Диффузионную сварку применяют в космической технике и радиоэлект­ронике, в самолетостроении, приборо­строении, в пищевой промышленности и других отраслях. Этот способ ис­пользуют для сварки деталей и узлов вакуумных приборов, высокотемпера­турных нагревателей, при производстве инструмента и т. д.

Установки для диффузионной сварки выпускают для единичного производст­ва с обычным ручным управлением и , для серийного поточно-массового производства с полуавтоматическим или автоматическим программным управлением.














10, 13. Сущность ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Преимущества и недостатки способа.

При ручной дуговой сварке покрытыми металлическими электродами, сварочная дуга горит с электрода на изделие, оплавляя кромки свариваемого изделия и расплавляя металл электродного стержня и покрытие электрода (рисунок 1). Кристаллизация основного металла и металла электродного стержня образует сварной шов.

Глубина, на которую расплавляется основной металл, называется глубиной проплавления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия (торцу электрода и дуге сообщают поступательное движение вдоль направления сварки и поперечные колебания), от конструкции сварного соединения, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п.

Схема сварки покрытым металлическим электродом.

Электрод состоит из электродного стержня и электродного покрытия. Электродный стержень – сварочная проволока; электродное покрытие – многокомпонентная смесь металлов и их оксидов. По функциональным признакам компоненты электродного покрытия разделяют:

Газообразующие: защитный газ; ионизирующий газ;

Шлакообразующие: для физической изоляции расплавленного металла от активных газов атмосферного воздуха; раскислители; рафинирующие элементы; легирующие элементы;

Связующие;

Пластификаторы.

Достоинства способа:

Простота оборудования;

Возможность сварки во всех пространственных положениях;

Возможность сварки в труднодоступных местах;

Быстрый, по времени переход от одного вида материала к другому;

Большая номенклатура свариваемых металлов.

Недостатки способа:

Большие материальные и временные затраты на подготовку сварщика;

Качество сварного соединения и его свойства во многом определяются субъективным фактором;

Низкая производительность (пропорциональна сварочному току, увеличение сварочного тока приводит к разрушению электродного покрытия);

Вредные и тяжёлые условия труда.

Рациональные области применения: сварка на монтаже; сварка непротяжённых швов.













11. Сущность механизированной (полуавтоматической) сварки плавящимся электродом в углекислом газе. Преимущества и недостатки способа.

Сущность способа заключается в том, что воздух оттесняется от зоны сварки струей углекислого газа, а окисление самим углекислым газом переплавляемого дугой металла компенсируется за счет повышенного содержания элементов — раскилителей — в электродной проволоке.

Сварку плавящимся электродом в среде углекислого газа применяют для большинства сталей, которые имеют удовлетворительную свариваемость другими видами дуговой сварки. Отличительной характеристикой такой сварки является ее высокая производительность и относительно низкая стоимость. Для сварки в среде этого защитного газа используют проволоку с повышенным содержанием раскислителей (кремния и марганца), которые компенсируют выгорание этих компонентов в зоне сварки.

Особенностью сварки в среде углекислого газа является разложения его на атомарный кислород (О) и окись углерода (СО). Окись углерода в свою очередь распадается на углерод и кислород. Атомы кислорода окисляют железо и легирующие присадки, в результате чего металл сварочной ванны насыщается кислородом и оксидом железа, и его свойства ухудшаются. Кроме того, образовавшийся в результате кристаллизации металла углекислый газ начинает выделяться в виде пузырьков. Часть пузырьков этого газа не успевает покинуть металл, застывая в виде пор. Легирование кремнием и марганцем сварочной проволоки снижает эту вероятность, так как окислы железа раскисляются не за счет углерода, а за счет веществ, содержащихся в этих компонентах. При этом образования окиси углерода при кристаллизации металла не происходит, а качество сварочного шва улучшается.

Металл толщиной более 4 мм необходимо сваривать с двух сторон, для более тонких металлов следует подбирать режимы, чтобы выполнить полный провар за один проход. Более тонкие металлы сваривают за один проход, обеспечивая тщательную предсварочную сборку деталей, точное направление электрода по стыку и неизменные режимы сварки. При сварке однослойных стыков и первого слоя многослойных швов горелку перемещают возвратно-поступательными движениями. Если сварка выполняется со скосом кромок, то электрод следует направлять в угол разделки.

В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистой и низколегированной сталей (газо- и нефтепроводы, корпуса судов и т. д.). Преимущество полуавтоматической сварки в СО2 с точки зрения ее стоимости и производительности часто приводит к замене ею ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Достоинства способа:

Повышенная производительность (по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами);

Отсутствуют потери на огарки, устранены затраты времени на смену электродов;

Надёжная защита зоны сварки;

Минимальная чувствительность к образованию оксидов;

Отсутствие шлаковой корки;

Возможность сварки во всех пространственных положениях.

Недостатки способа:

Большие потери электродного металла на угар и разбрызгивание (на угар элементов 5-7%, при разбрызгивании от 10 до 30%);

Мощное излучение дуги;

Ограничение по сварочному току;

Сварка возможна только на постоянном токе.

Области применения:

Сварка тонколистового металла и металла средних толщин (до 20мм);

Возможность сварки сталей всех классов, цветных металлов и сплавов, разнородных металлов.


12. Сущность сварки неплавящимся вольфрамовым (или графитовым) электродами в защитных газах. Области применения, преимущества и недостатки способа.

При сварке неплавящимся электродом в защитном газе (рисю 1) в зону дуги, горящей между неплавящимся электродом и изделием через сопло подаётся защитный газ, защищающий неплавящийся электрод и расплавленный основной металл от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов.

Неплавящийся электрод изготавливают из графита, вольфрама, меди, меди со вставкой из тугоплавкого металла - вольфрама, циркония, гафния.

Защитный газ должен быть инертен к металлу электрода и к свариваемому металлу. В качестве защитного газа при сварке вольфрамовым электродом применяют аргон, гелий, смесь аргона и гелия; для сварки меди медным электродом или медным электродом со вставкой из гафния (циркония) можно применить азот.

Для рационального расходования дорогостоящих инертных газов (Ar, He) при сварке сталей создают комбинированную защиту.

При сварке металла большой толщины для обеспечения проплавления основного металла и получения требуемых геометрических параметров сварного шва, сварку ведут по зазору или с разделкой кромок с добавлением присадочного (чаще всего в виде проволоки) металла (рисунок 4)

Достоинства способа сварки неплавящимся электродом:

Высокая устойчивость дуги независимо от рода (полярности) тока;

Возможно получение металла шва с долей участия основного металла от 0 до 100%;

Изменяя скорость подачи и угол наклона, профиль, марку присадочной проволоки можно регулировать химический состав металла шва и геометрические параметры сварного шва.

Недостатки способа сварки неплавящимся электродом:

Низкая эффективность использования электрической энергии (коэффициент полезного действия от 0,40 до 0,55);

Необходимость в устройствах, обеспечивающих начальное возбуждение дуги;

Высокая скорость охлаждения сварного соединения.

Области применения способа сварки неплавящимся электродом: сварка тонколистового металла; сварка сталей всех классов, цветного металла и их сплавов; возможно получение качественных сварных соединений при сварке разнородных металлов.


14. Назначение разделки кромок основного свариваемго Ме по ГОСТам в зависимости от способа сварки, перечислите формы разделок в зависимости от толщины свариваемго Ме и способа сварки.

Тип и угол разделки свариваемых кромок определяют количество необходимого электродного материала для заполнения разделки, а следовательно, и производительность сварки.

Стыковые швы, как правило, выполняют непрерывными; отличительным признаком для них обычно служит форма разделки кромок соединяемых деталей в поперечном сечении. По этому признаку различают следующие основные типы стыковых швов: с отбортовкой кромок (рис. 3, а); без разделки кромок - одно-сторонние и двусторонние (рис. 3, б); с разделкой одной кромки - односторонней, двусторонней; с прямолинейной или криволинейной формой разделки (рис. 3, е); с односторонней разделкой двух кромок; с V-образной разделкой (рис. 3, г); с двусторонней разделкой двух кромок; Х-образной разделкой (рис. 3, д). Разделка может быть образована прямыми линиями (скос кромок) либо иметь криволинейную форму (U-образная разделка, рис. 3, е).

Угловые швы различают по форме подготовки свариваемых кромок в поперечном сечении и сплошности шва по длине.

По форме поперечного сечения швы могут быть без разделки кромок (рис. 4, а), с односторонней разделкой кромки (рис. 4, б), с двусторонней разделкой кромок (рис. 4, в). По протяженности угловые швы могут быть непрерывными (рис. 5, а) и прерывистыми (рис. 5, б), с шахматным (рис. 5, в) и цепным (рис. 5, г) расположе-нием отрезков шва. Тавровые, нахлесточные и угловые соединения могут быть выполнены отрезками швов небольшой протяженности - точечными швами (рис. 5, д).

Пробочные швы по своей форме в плане (вид сверху) обычно имеют круглую форму и получаются в результате полного проплавления верхнего и частичного проплавления нижнего листов - их часто называют электрозаклепками, либо путем проплавления верхнего листа через предварительно проделанное в верхнем листе отверстие.

Прорезные швы, обычно удлиненной формы, получаются путем приварки верхнего (накрывающего) листа к нижнему угловым швом по периметру прорези. В отдельных случаях прорезь может заполняться и пол-ностью.

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента: зазор b, притупление с, угол скоса кромки beta и угол разделки кромок alfa, равный beta или 2 beta

Существующие способы дуговой сварки без разделки кромок позволяют сваривать металл ограниченной толщины при односторонней сварке ручной - до 4 мм, механизированной под флюсом - до 18 мм). Поэтому при сварке металла большой толщины необходимо разделывать кромки. Угол скоса кромки обеспечивает определенную величину угла разделки кромок, что необходимо для доступа дуги в глубь соединения и полного проплавления кромок на всю их толщину.

Стандартный угол разделки кромок в зависимости от способа варки и типа соединения изменяется в пределах от 60 ± 5 до20 ± 5 градусов. Тип разделки и величина угла разделки кромок определяют количество необходимого дополнительного металла для заполнения разделки, а значит, производительность сварки. Так, например, Х-образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6- 1,7 раза. Уменьшается время на обработку кромок. Правда, в этом случае возникает необходимость вести сварку с одной стороны 1ва в неудобном потолочном положении или кантовать свариваете изделия.

Притупление с обычно составляет 2 ± 1 мм. Его назначение -обеспечить правильное формирование и предотвратить прожоги в вершине шва. Зазор b обычно равен 1,5-2 мм, так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара вершины шва, но в отдельных случаях при той или иной технологии зазор может быть равным нулю или достигать 8-10 мм и более.


15. схема и оборудование сварочного поста для ручной дуговой сварки покрытым электродом.

?


16. Сущность, схема и технологические возможности электрошлаковой сварки.

При электрошлаковой сварке основ­ной и электродный металлы расплав­ляются теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через шлаковую ванну. Процесс электрошла­ковой сварки начинается с образования шлаковой ванны 3 в про­странстве между кромками основного металла 6 и формирующими устрой­ствами (ползунами) 7, охлаждаемыми водой, подаваемой по трубам 1, путем расплавления флюса электрической ду­гой, возбуждаемой между сварочной проволокой 4 и вводной планкой 9. После накопления определенного ко­личества жидкого шлака дуга шунтируется шлаком и гаснет, а подача про­волоки и подвод тока продолжаются. При прохождении тока через рас­плавленный шлак, являющийся элект­ропроводящим электролитом, в нем выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлака (до 2000° С) и расплавления кромок основного металла и электро­дной проволоки. Проволока вводится в зазор и подается в шлаковую ванну с помощью мундштука 5. Проволока служит для подвода тока и пополнения сварочной ванны 2 расплавленным ме­таллом. Как правило, электрошлако­вую сварку выполняют при вертикаль ном положении свариваемых заготовок. По мере заполнения зазора между ними мундштук для подачи проволоки и фор­мирующие ползуны передвигаются в вертикальном направлении, остав­ляя после себя затвердевший сварной шов 8.

В начальном и конечном участках шва образуются дефекты: в начале шва — непровар кромок, в конце шва — усадочная раковина и неметаллические включения. Поэтому сварку начинают на вводной 9, а заканчивают на выход­ной 10 планках, которые затем удаляют газовой резкой.

Шлаковая ванна — более распределен­ный источник теплоты, чем электричес­кая дуга. Основной металл расплавля­ется одновременно по всему периметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла большей толщины за один проход.

Заготовки толщиной до 150 мм мож­но сваривать одним электродом, совер­шающим поперечное колебание в за­зоре для обеспечения равномерного разогрева шлаковой ванны по всей толщине. Металл толщиной более 150 мм сваривают тремя проволоками, а иногда и большим числом проволок, исходя из использования одного электрода на 45—60 мм толщины метал­ла. Специальные автоматы обеспечи­вают подачу электродных проволок и их поперечное перемещение в зазоре.

Автоматы перемещаются непосредст­венно по свариваемому изделию (без­рельсовые) или по рельсовой колонне, устанавливаемой параллельно сварива­емым кромкам. Скорость движения регулируется автоматически в зависи­мости от скорости заполнения зазора расплавленным металлом. Электрошлаковая сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с автома­тической сваркой под флюсом: повы­шенную производительность, лучшую макроструктуру шва и меньшие за­траты на выполнение 1 м сварочного шва. Повышение производительности обусловлено непрерывностью процесса сварки, выполнением шва за один проход при любой толщине металла и увеличением сварочного тока в 1,5— 2 раза. Макроструктура шва улучша­ется в результате отсутствия многослойности и получения более однород­ного по строению однопроходного шва. Затраты снижаются вследствие повышения производительности, упро­щения подготовки кромок заготовок, уменьшения сечения шва, а также расхода проволоки, флюса и электро­энергии.

К недостаткам электрошлаковой сварки следует отнести образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. После сварки необхо­дима термическая обработка (отжиг или нормализация) для измельчения зерна в металле сварного соединения. Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций таких, как станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т. п.


17. Способы и технологические возможности сварки низко и среднелегированных сталей. Виды дефектов, способы их утранения.

Низкоуглеродистые (менее 0,3% С) и некоторые низколегированные стали обладают хорошей свариваемостью и соединяются большинством способов сварки без особых трудностей.

Углеродистые и легированные стали с содержанием более 0,3%С (стали 45, 30ХГСА, 40ХНМА и др.) при типовых режимах сварки претерпевают закалку в з. т. в. Соответствующие этим режи­мам скорости охлаждения для указан­ных сталей достаточно высоки и при­водят к образованию мартенситной микроструктуры. Поэтому для сварных соединений этих сталей характерны по­вышенная твердость и пониженная пла­стичность в з. т. в.

В жестких сварных узлах, в которых образуются высокие сварочные напряже­ния, в закаленной з. т. в. возможно об­разование холодных трещин. Склон­ность к холодным трещинам повышается при насыщении металла водоро­дом, который снижает пластичность за­каленного металла. Источником водоро­да служит влага в покрытиях электро­дов, флюсах, и защитных газах, которая разлагается в дуге, и атомарный во­дород насыщает жидкий металл свароч­ной ванны. В результате диффузии водорода им насыщается также з. т. в. Для обеспечения хорошей свари­ваемости при дуговой сварке этих сталей рекомендуют следующие технологические мероприятия: предвари­тельный, сопутствующий и последу­ющий подогрев заготовок до тем­пературы 100—300° С в целях заме­дленного охлаждения и исключения закалки з. т. в.; прокалка электродов, флюсов при температуре 400—450° С в течение 3 ч и осушение защитных газов для предупреждения попадания водорода в металл сварного соеди­нения; при недостаточности первых двух мер низкий (300—400° С) или высокий (600—700° С) отпуск сварных соединений сразу после окончания свар­ки в целях повышения пластичности закалочных структур и удаления во­дорода.

Контактную точечную сварку угле­родистых и легированных сталей выполняют на мягких режимах, т. е. дли­тельным нагревом током и быстрым удалением заготовок из машины во избежание отвода теплоты электрода­ми. В результате обеспечивается замед­ленное охлаждение заготовок. Контакт­ную стыковую сварку этих сталей вы­полняют с прерывистым оплавлением, при котором обеспечивают подогрев заготовок перед сваркой и замедленное охлаждение.








18. Способы и технологические особенности сварки высоколегированных сталей. Виды дефектов. Способы их устранения.

К высоколегированным относят стали, суммарный состав легирующих элементов в которых составляет не менее 10%, при содержании одного из них не менее 8%. При этом содержание железа должно составлять не менее 45%. В основном это стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей выполняют углеродом, марганцем, кремнием, молибденом, алюминием, ванадием, вольфрамом, титаном и ниобием, бором, медью, серой и фосфором. Введение легирующих элементов меняет физические и химические особенности стали.

Так, углерод способствует повышению прочности стали и снижению ее пластичности. Окисление углерода в процессе сварки способствует появлению пор. Кремний является раскислителем и содержание его в стали более 1% приводит к снижению свариваемости. Хром также снижает свариваемость, способствуя созданию тугоплавких окислов. Никель повышает прочность и пластичность сварочного шва, не снижая свариваемость стали. Молибден увеличивает прочность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость. Ванадий в процессе сварочных работ сильно окисляется, поэтому его содержание в стали предусматривает введение раскислителей. Вольфрам тоже сильно окисляется при повышенных температурах, ухудшает свариваемость стали.

Титан и ниобий предотвращают межкристаллитную коррозию. Бор повышает прочность, но затрудняет свариваемость. Медь повышает прочность, ударную вязкость и коррозийную стойкость стали, но снижает ее свариваемость. Повышенное содержание в стали серы приводит к образованию горячих трещин, а фосфор способствует образованию холодных трещин.

Из вышесказанного видно, что, как правило, легирование стали приводит к снижению ее свариваемости, а первостепенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. Повышенное содержание углерода и легирующих элементов способствует увеличению склонности стали к резкой закалке в пределах термического цикла, происходящего во время сварки. В результате этого околошовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою пластичность.

Поэтому при сварочных процессах высоколегированных сталей, происходящих в зоне плавления металла и околошовной области, возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Основной причиной появления трещин является образование крупнозернистой структуры в процессе кристаллизации и значительные остаточные напряжения, полученные при затвердевании металла. Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому у большинства высоколегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеродистых сталей.

Межкристаллитная коррозия характерна для всех видов высоколегированных сталей, имеющих высокое содержание хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикоррозийные свойства.

Препятствует образованию карбидов хрома легирование стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием. Положит влияние на качество сварочного шва оказывает дополнительное легирование сварочной проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом и бором.

Для сварки высоколегированных сталей используют как ручную дуговую, так механизированную сварку под флюсом и в среде защитных газов. Сварка выполняется при минимальном тепловложении с использованием термообработки и применением дополнительного охлаждения.

Введение легирующих элементов меняет и технологические особенности стали. Так, система легирования снижает теплопроводность стали и повышает ее электрическое сопротивление. Это оказывает влияние на скорость и глубину плавления металла, что требует меньшего вложения энергии, и увеличения скорости подачи сварочной проволоки.

Ручную дуговую сварку высоколегированных сталей выполняют при пониженных тока обратной полярности. Сварку ведут короткой дугой ниточными валиками без поперечных колебаний.

Проволока, применяемая для изготовления электродов, должна соответствовать марке стали с учетом ее свариваемости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав, снижающий отрицательное действие повышенной температуры. К примеру, для сварки кислотостойкой стали 12X18HI0T электроды типа Э-04Х20Н9 (марки ЦЛ-11) препятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии. Предварительный и сопутствующий подогрев снижает опасность возникновения трещин.

Для защиты сварочной ванны используют инертный газ или аргон и его смеси с гелием, кислородом и углек газом.

Сварку в среде углекислого газа можно выполнять только в случаях, когда отсутствует опасность возникновения межкристаллитной коррозии. Сварка плавящимся электродом выполняется при значениях тока, обеспечивающих струйный перенос электродного металла.

При сварке возникает опасность коробления и остаточных сварочных напряжений. Поэтому после сварки часто возникает необходимость в термообработке.

19. Способы и технология сварки углеродистых сталей, области применения.

17 =18


20. Понятие сварочной дуги и области ее существования и средняя температура столба сварочной дуги. Определение процессу сварки как неразъемного соединения.

Дуга – мощный стабильный электрический разряд в онизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения.

Электрические заряды в сварочной дуге переносятся заряженными частицами - электронами, а также положительно и отрицательно заряженными ионами. Процесс, при котором в газе образуются положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией, а такой газ – ионизированным. Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с основным металлом. Из-за шероховатости поверхности электродов касание при коротком замыкании происходит отдельными выступающими участками, которые мгновенно расплавляются под действием выделяющееся теплоты, образуя жидкую перемычку между основным металлом и электродом. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, ее сечение уменьшается, электрическое сопротивление и температура возрастают. Когда расплавленный металл перемычки достигает температуры кипения, пары металла легко ионизируются и возникает дуга. Возникновение дуги длится доли секунды.

Дуга, горящая между электродом и изделием на воздухе, называется свободной. Свободная дуга состоит из трех зон: катодной с катодным пятном, служащим для эмиссии (выхода) электронов; анодной с анодным пятном, бомбардирующимся электронным потоком, и столба дуги, который занимает промежуточное положение между катодной и анодной зонами.

Сварочной дугой называют мощный, длительно существующий электрический разряд между находящимися под напряжением электродами в смеси газов и паров. Дуга характеризуется высокой температурой и большой плотностью тока. Сварочная дуга как потребитель энергии и источник питания дуги (сварочный трансформатор, генератор или выпрямитель) образует взаимно связанную энергетическую систему. Различают два режима работы этой системы: 1) статический, когда величины напряжения и тока в системе в течение достаточно длительного времени не изменяются; 2) переходной (динамический), когда величины напряжения и тока в системе непрерывно изменяются. Однако во всех случаях режим горения сварочной дуги определяется током (IД), напряжением (UД), величиной промежутка между электродами (так называемым дуговым промежутком) и связью между ними.

Температура столба дуги зависит от материала электрода и состава газов в дуге, а температура катода и анода приближается к температуре кипения металла электродов. Эти температуры дуги постоянного тока про сварке стальным электродом составляют соответственно около 6000, 2700, 29000С. При этом в анодной области дуги, как правило, выделяется больше тепловой энергии, чем в катодной. При сварке дугой переменного тока температуры анода и катод выравниваются вследствие периодичности смены полярности.


Сварка технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагреве и пластическом деформировании.


21. Показатели производительности процесса сварки. Коэф расправлния, аплавки, потерь. Формулы определения времени сварки и поперечной усадки (РДС ручной дуговой сварки).

Производительность процесса в основном определяется сварочным током. Однако ток при ручной сварке покрытыми электродами ограничен, так как повышение тока сверх рекомендованного значения приводит к разогреву стержня электрода, отслаиванию покрытия, сильному разбрызгиванию и угару расплавленного металла. Ручную сварку постепенно заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.

Производительность процесса сварки (Псв) определяется сварочным током и коэф наплавки (н) применяемого элктрода:

Коэффициент расплавления электрода представляет собой массу расплавленного электродного металла, приходящуюся на один ампер силы тока в течение часа горения дуги. Расплавленный электродный металл не полностью переносится в сварной шов, часть его теряется на разбрызгивание, испарение и угар при горении дуги.

Коэффициент наплавки, как правило, меньше коэффициента расплавления на величину потерь металла. Коэффициент расплавления электрода в зависимости от марки покрытия составляет 7—22 г/(А-ч), а коэффициент наплавки меньше на 1—3 г/(А-ч).

У электродов для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей н изме в пределах от 8 до 14 г/Ач.

Коэффициент наплавки может быть равным коэффициенту расплавления или больше, если в состав обмазки введен железный порошок.

Коэффициент потерь обычно составляет 3—30 %. Значения коэффициентов расплавления и наплавки определяют опытным путем для каждой марки покрытия и используют для нормирования расхода электродов и времени сварки.


22. Электронно-лучевая сварка и обл ее применения.

Электронный луч представляет со­бой сжатый поток электронов, пере­мещающийся с большой скоростью от катода к аноду в сильном электричес­ком поле. При соударении электронно­го потока с твердым телом более 99% кинетической энергии электронов пере­ходит в тепловую, расходуемую на нагрев этого тела. Температура в месте соударения может достигать 5000— 6000° С. Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме [133(10~4~ 10~5) Па] катода с помощью электростатических и эле­ктромагнитных линз фокусируется на поверхности свариваемых материалов .

В установках для электронно-луче­вой сварки электроны, испускаемые катодом электронной пушки, форми­руются в пучок электродом, рас­положенным непосредственно за ка­тодом, ускоряются под действием раз­ности потенциалов между катодом и анодом, составляющей 20—150 кВ и выше, затем фокусируются в ви­де луча и направляются специальной отклоняющей магнитной системой на обрабатываемое изделие. На формирующий электрод подается отрицательный или нулевой по от­ношению к катоду потенциал. Фоку­сировкой достигается высокая удель­ная мощность луча. Ток электронного луча не­велик— от нескольких миллиампер до единиц ампер.

При перемещении заготовки под не­подвижным лучом образуется сварной шов. Иногда при сварке перемещают сам луч вдоль неподвижных кромок с помощью отклоняющих систем. От­клоняющие системы используют также и для колебаний электронного луча поперек и вдоль шва, что позволяет сваривать с применением присадочного металла и регулировать тепловое воз­действие на шов.

В современных установках для свар­ки, сверления, резки или фрезерования электронный луч фокусируется на пло­щади диаметром менее 0,01 см, что позволяет получить большую удельную мощность.

При сварке электронным лучом те­плота выделяется непосредственно в са­мом металле, который, частично ис­паряясь, оттесняет расплав в сторону, противоположную направлению сварки.

Высокая концентрация теплоты в пя­тне нагрева позволяет испарять такие материалы, как сапфир, рубин, алмаз, стекло, образуя в них отверстия. Не­значительная ширина шва и нагретой зоны основного металла способствует резкому снижению деформаций свар­ного соединения. Кроме того, проведе­ние процесса в вакууме обеспечивает получение зеркально-чистой поверхно­сти шва и дегазацию расплавленного металла.

Электронно-лучевой сваркой изготов­ляют детали из тугоплавких химиче­ски активных металлов и их сплавов (вольфрамовых, титановых, ниобиевых, циркониевых, молибденовых и т. п.), а также из алюминиевых и титановых сплавов и высоколегиро­ванных сталей. Металлы и сплавы можно сваривать в однородных и раз­нородных сочетаниях, со значительной разностью толщин, температур плав­ления и других теплофизических свойств. Минимальная толщина свари­ваемых заготовок составляет 0,02 мм, максимальная — до 100 мм.

Электронно-лучевой сваркой можно соединять малогабаритные изделия, применяемые в электронике и прибо­ростроении, и крупногабаритные изде­лия длиной и диаметром несколько метров.


23. Плазменная обработка материалов (физическая сущность процесса, устройство плазмотронов и т. д.).

Плазменная обработка материалов - процесс обработки материалов при помощи плазмы с целью изменения физических или химических свойств поверхности обрабатываемого объекта.

Плазменная наплавка (Plasma transfer Arc, PTA) является современным способом нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность при изготовлении и восстановления изношенных деталей машин.

Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов, световых квантов и др. При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при давлении в 2 …3 атмосферы, возбуждается электрическая дуга силой 400 … 500 А и напряжением 120 … 160 В Ионизированный газ достигает температуры 10 … 18 тыс. С, а скорость потока - до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках - плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод.

В зависимости от компоновки различают: 1. Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема для резки металла и для нанесения покрытий. 2. Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 …30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т.к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыления порошков. 3. Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги, Схема используется при наплавке порошком.

Плазменную наплавку металла можно реализовать двумя способами: 1 - струя газа захватывает и подает порошок на поверхность детали; 2 - в плазменную струю вводится присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты. В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий, азот, кислород, водород и воздух. Наилучшие результаты наплавки получаются с аргоном и гелием.

Достоинствами плазменной наплавки являются: 1.Высокая концентрация тепловой мощности и минимальная ширина зоны термического влияния. 2.Возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких миллиметров. 3. Возможность наплавления различных износостойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь. 4.Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали. 5. Относительно высокий К. П. Д. Дуги (0.2 …0.45). 6.Малое (по сравнению с другими видами наплавки) перемешивание наплавляемого материала с основой, что позволяет достичь необходимых характеристик покрытий.

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т.к. посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка..) иногда обезжиривание. Мощность электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

Плазмотрон — техническое устройство, в котором при протекании электрического тока через разрядный промежуток образуется плазма, используемая для обработки материалов или как источник света и тепла. Буквально, плазмотрон означает — генератор плазмы.

Главными функциональными элементами плазмотрона воздушно-плазменной резки являются:

электрод(катод) имеющий вставку из металла с высокой термо-электронной эмиссией(Hf, Zr),

механизм закрутки плазмообразующего газа (воздуха),

сопло, электрически изолированное от электрода.


24. Газотермическое напыление металов и сплавов (газопламенное, электродуговое, плазменное и детонационное) как способ реновации (реконструкции, ремонта) и защты металлов от коррозии и высоких температур и упрочнения поверхности изделий.

Термином газотермическое напыление обозначаются все процессы нанесения покрытий из материалов в виде проволоки, прутка или порошка, которые не разлагаются при высоких температурах. Они вводятся в высокотемпературную зону и распыляются либо струей газа, либо сжатым воздухом, при этом образуются мелкие частицы, которые двигаются с большой скоростью и попадают на заранее подготовленную поверхность, где образуют слой с заданными свойствами.

В настоящее время наиболее широко в промышленности применяются три основных процесса:

металлизация из проволоки;

порошковое газопламенное напыление;

плазменное напыление порошкообразных материалов.

Способ плазменного напыления был разработан для получения наиболее качественных покрытий практически из любых материалов - от баббитов с температурой около 300°С до самых тугоплавких соединений - оксидов , нитридов, карбидов, имеющих температуру свыше 3300°С.

Газотермическое напыление относится к группе классических ресурсо- и энергосберегающих технологий. Зачастую масса нанесенного покрытия составляет лишь доли процента от массы всей восстановленной детали. Поскольку слой наносится с минимальными припусками под последующую обработку - ниже затраты на механическую обработку. Температура детали в процессе напыления ,как правило, не превышает 60...80°С, что совершенно исключает коробление и деформации присущие способам наплавки.

Наиболее рациональные области применения покрытий

Восстановление и упрочнение сопрягаемых поверхностей, работающих в условиях абразивного износа.

Сопротивление эрозии и кавитации.

Устойчивость против высоких температур и газовой коррозии.

Покрытия для защиты от коррозии в активных средах.

Такой широкий диапазон возможных областей применения заставляет находить технические решения только с привлечением специалистов имеющих значительный опыт в этой сфере.

Основные особенности способов нанесения покрытий газотермическим напылением

Универсальность. Никаким другим способом нельзя нанести покрытия таких различных материалов, как металлы, сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и комбинации материалов с температурой плавления от 300°С до 3500°С на основу из сталей, чугунов, цветных металлов без ограничений. Толщина слоя от 0,1 мм до 15,0 мм. Оптимально 0,5..3,0 мм.

Легкость управления процессом получения и составом покрытий. Энергетические характеристики изменяются в зависимости от требований технологии в процессе получения покрытий. Составом покрытия и его служебными свойствами (твердость, коррозионная стойкость, износоустойчивость и др.) можно управлять путем смешивания различных материалов. Твердость покрытия — величина управляемая в диапазоне 180 HВ..64 HRC.

Отсутствие термических деформаций и каких-либо структурных изменений материала детали при напылении ввиду незначительного нагрева. Температура детали при нанесении покрытия не превышает 100°С, что позволяет с уверенностью гарантировать отсутствие каких-либо структурных превращений не только в массиве детали, но даже и в поверхностных слоях.

Нанесение покрытия на детали без ограничения их веса и габаритов и формы. Размеры и масса восстанавливаемых деталей определяются возможностями вращателя и грузоподъемных механизмов. При плазменном напылении в наших условиях вес деталей от 0,1..4500 кг, длина 10..3500 мм. В монтажных условиях при использовании способа газопламенного порошкового напыления вес деталей и габариты не ограничены.

Экономное использование материалов и энергоресурсов. Зачастую при износе поверхностей 0,1..1,5 мм вес покрытия составляет лишь доли процента от веса восстановленной детали. Припуски под последующую обработку минимальны и составляют 10-15% от толщины покрытия. За счет этого время простоев и затраты по обработке сведены к минимуму. Поверхности могут быть восстановлены неоднократно. Стоимость выполнения работ составляет от 5 до 50 % от стоимости нового изделия, при этом, ресурс работы детали, как правило, не менее новой или существенно выше.

Возможность замены дорогостоящих конструкционных материалов более дешевыми за счет нанесения специальных покрытий. За счет нанесения износоустойчивых, коррозионностойких, эрозионностойких, антифрикционных, жаростойких и других покрытий с управляемой твердостью от 150 НВ до 65 HRC и выше.


ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ включает в себя следующие виды работ:

- Восстановление геометрических размеров и нанесение защитных покрытий изношенных рабочих участков деталей различными марками конструкционных и высоколегированных сталей, цветными металлами и сплавами.

- Придание улучшенных свойств рабочим поверхностям новых деталей (износостойкость, стойкость к корозии и эрозии, антифрикционные, антиадгеозные и др.)

Данные методы позволяют обеспечить широкий диапазон покрытий различной толщины, от долей микрона до нескольких десятков миллиметров, что существенно расширяет номенклатуру обрабатываемых деталей.

Имеющееся оборудование позволяет обрабатывать детали любых габаритов, размерами от нескольких сантиметров до десятков метров в длину и весом несколько тонн.


Случайные файлы

Файл
Глава IV.doc
79806.rtf
114985.rtf
117374.rtf
158721.rtf