Сутність процесу зварювання плавленням і тиском

Багато хто помилково уявляють собі процес зварювання суто як з’єднання металевих заготовок за допомогою електричної дуги. На ділі сутність процесу зварювання набагато глибше. Електродугове зварювання — це окремий випадок зварювання плавленням. Для розуміння процесу зварювання потрібно розібратися з цією технологією з’єднання матеріалів докладніше.

Процес зварювання електродом.

Поняття і визначення

У класичному поданні процес зварювання — це процес отримання нероз’ємного з’єднання двох і більш деталей шляхом формування на їх контактують поверхнях стійких міжатомних зв’язків.

Принцип газового зварювання.

Формування зв’язків відбувається за рахунок зближення атомів на достатню для прояву сил міжатомної взаємодії відстань.

Отримання міцного з’єднання можливо тільки при розвитку зв’язків у межах значної поверхні взаємодії. З’єднання заготовок не відбувається при простому поєднанні контактних поверхонь через наявність в зоні контакту мікрорельєфу і деяких відхилень від геометрії.

В результаті при поєднанні поверхонь, що з’єднуються має місце тільки точковий контакт, чого недостатньо для отримання з’єднання. Сутність зварювання в тому, щоб створити умови для зближення атомів на великій за площею поверхні.

Як проводиться зварювання нержавійки інвертором.

Скільки існує видів сварок.

Про зварних з’єднаннях читайте тут.

Способи зварювання деталей

Технологій проведення зварювальних робіт існує безліч. Але все можна розділити на дві основні групи.

У загальному випадку зближення атомів досягається одним з двох способів: в результаті зварювання плавленням або зварювання тиском.

Способи і режими газового зварювання: А — ваннами; Б — по відбірковим крайках.

Процес зварювання плавленням передбачає розігрів кромок заготовок до переходу в рідку фазу з додаванням або без розплаву присадочного матеріалу і сплавлення їх при охолодженні. При виконанні зварювання плавленням можна спостерігати локальний металургійний процес. Зварювальний ванна, краї якої утворені розігрітим до розплавлення матеріалом заготовок і розплавом стрижня електрода або присадочного прутка, рухається слідом за електродом. Коли розплав металів у ванні кристалізується, формується зварювальний шов.

Джерелом тепла для плавлення може бути не тільки електрична дуга між електродом і швом. Для розігріву можна використовувати полум’я газового пальника, лазерне або електронне випромінювання, ультразвукові хвилі, перетворення кінетичної енергії в теплову, енергію хімічної реакції, вихрові струми, що наводяться магнітним полем, протікання струму безпосередньо через зварюються деталі при контактному зварюванні і багато іншого.

При зварюванні тиском кромки заготовок стискаються з силою, достатньою для того, що зім’яло мікрорельєфу на поверхні деталей, що з’єднуються і зближення атомів на відстань взаємодії. При цьому на поверхнях відбувається пластична деформація нерівностей і виправлення геометрії. Для зниження опору матеріалу та підвищення енергії атомів зона контакту або обидві заготовки цілком можуть розігріватися. Розігрів відбувається до температур, недостатніх для плавлення матеріалів.

Кути нахилу мундштука пальника при зварюванні стали різної товщини.

Найчастіше зварюють однорідні і різнорідні металеві заготовки, але можливо з’єднання і неметалів. Практикується з’єднання зварюванням полімерів, скла і керамічних матеріалів. Такі методи, як дифузія, дозволяють отримувати композитні з’єднання з матеріалів різних груп.

З’єднання аморфних матеріалів вважається комбінацією зварювання плавленням і тиском. Це пов’язано з тим, що скло та інші аморфні матеріали не мають чіткої температури фазного переходу з твердого стану в рідке. Тому частина речовини заповнює шов в результаті розплавлення, а частина — в результаті пластичної деформації.

Не так давно з’явився незвичайний вид зварювання. Вчені надали можливість хірургам різати і з’єднувати живі тканини за допомогою електрозварювання білкових волокон. Основними перевагами цієї технології є протікання операції без втрати крові і проростання судин через шви.

Кожен з методів зварювання має свої фізичні особливості протікання. Виникаючі проблеми вирішуються технологічної опрацюванням процесів.

електродугове зварювання

Дефекти зварних швів.

Найбільш широко застосовуваним джерелом тепла для зварювання плавленням є енергія горіння електричної дуги між електродом і крайками заготовки, які виконують функцію другого електрода. Перебіг електричного струму в міжелектродному проміжку стає можливим внаслідок іонізації в ньому газоподібного середовища.

Зварювання проводиться змінним або постійним струмом. Для збудження дуги торець електрода на невеликий час замикається про заготівлю і від цього дуже швидко розігрівається. В результаті підвищеної температури енергія, необхідна для іонізації міжелектродного проміжку, знижується, і напруги холостого ходу в кілька десятків ват стає досить для виходу вільних електронів з металу позитивного електрода в проміжок.

Електрони, зіштовхуючись з молекулами газу, вибивають електрони вже з них, і зазор наповнюється вільними іонами і новими електронами. Процес наростає. Перенесення частинок між зарядженими електродами проводить струм силою в десятки і сотні ампер. Електрична дуга є струмопровідних газом і окремим випадком високотемпературної плазми. До позитивного електрода спрямовуються електрони, а до негативного — позитивні іони. Від зіткнень відбувається інтенсивне виділення тепла і світла.

Принцип зварки.

При зварюванні постійним струмом завжди більше розігрівається позитивна сторона, так як її бомбардують негативно заряджені електрони. У зварюванні постійним струмом прямої вважається полярність, коли «плюс» апарату підключається до виробу, це сприяє гарному прогріванню металу. Якщо метал тонкий, з’являється ймовірність пропалити його. Щоб цього не відбувалося, «плюс» підключають до електрода.

Від розігріву розплавляються кромки заготовок в зоні горіння дуги. Якщо зварювання виробляється витратним електродом, метал на його кінці теж плавиться. Незалежно від напрямку струму перенесення розплавленого металу завжди походить від електрода до виробу. Це залишається вірним навіть при виконанні стельових швів, коли сила тяжіння протидіє цьому явищу.

Пояснення відриву і односпрямованому переносу матеріалу дуже непроста. У розплавленому металі електрода виділяється величезна кількість газоподібної окису вуглецю, що сприяє розбризкування і утворення крапель металу. У момент відділення краплі від електрода відбувається потоншення ніжки краплі, опір просуванню струму в цьому місці різко зростає, що призводить до виплеску енергії і надання краплі прискорення. Відриву краплі сприяє і сила поверхневого натягу, яка в рідкому металі дуже велика. Електромагнітне поле намагається утримати краплю всередині дуги. Долітаючи до зварювальної ванни шва, рідкий метал утримується в ній силами поверхневого натягу.

Деякі краплі все ж вириваються з дуги. Це і є летять при зварюванні на всі боки іскри. Розбризкування призводить до непродуктивних втрат металу електрода і підвищує пожежну небезпеку зварювальних робіт, а також ймовірність опіків зварника і оточуючих.

Захист розплавів від окислення

Види зварних з’єднань.

У навколишньому дугу повітрі багато вільного кисню, який, маючи доступ до розплавленого металу, буде його активно окисляти і псувати якість шва. Окислений киснем шов стає пористим і крихким.

У найпростішому випадку захист розплавленого металу виконують, роблячи зварювальні роботи штучними електродами зі спеціальною обмазкою. У обмазці відбуваються процеси, схожі на ті, що йдуть в металі стрижня електрода.

При згорянні обмазки виділяється багато вуглекислого газу. Він відокремлює дугу і ванну від навколишнього повітря. Матеріал обмазки переноситься в ванну і утворює легкий шлак, який спливає на поверхню розплавленого металу і швидко твердне у вигляді кірки. Ця кірка непроникна для повітря і є захистом металу шва до його охолодження і затвердіння. У обмазці містяться активні феросплави, звані раскислителями. Вони раніше заліза з’єднуються з тим киснем, який проник в розплав. Пов’язаний кисень залишається в шлаку.

Захист розплаву при напівавтоматичного електродугової зварюванні з автоматизованою подачею зварювального дроту або при ручному зварюванні з присадним прутком відбувається інакше. Через сопло навколо електрода подається напір інертного газу аргону або вуглекислого газу, який ефективно відсікає атмосферне повітря.

Пристрій зварювального інвертора.

Автоматичне зварювання в нижньому положенні може виконуватися під сипучим флюсом. У міру просування дуги перед нею насипається спеціальний гранульований порошок, який її повністю покриває і відокремлює від кисню повітря. Від високої температури горіння флюс в ближній до дузі зоні розплавляється і покриває її і зварювальну ванну полужидкой оболонкою. У місці горіння дуги з металу і плавиться флюсу виділяється вуглекислий газ. Він утворює газовий міхур навколо дуги, тому в міжелектродний проміжок флюс не потрапляє, і не перешкоджає горінню. Розплавлений флюс застигає у вигляді шлаку на шві. Засипка флюсом зменшує втрати тепла і покращує проварена.

Якщо в якості джерела тепла використовується не електрична дуга, захист від окислення виконується по-іншому. Для газового зварювання з присадним прутком флюс завдають на поверхню цього прутка. При зварюванні без присадних матеріалів з різними видами розігріву виконується або локальна подача газів, або зварювання виробляється в камері, заповненій газом. Застосовується також зварювання в вакуумі.

загальні вказівки

Для будь-якого виду зварювання важлива підготовка поверхонь. Вони повинні бути очищені від забруднень, фарби, масел, оксидів. Якщо для зварювання плавленням існує можливість очищення поверхні випалюванням, то для зварювання тиском чистота крайок є обов’язковою.

Для зварювання плавленням характерно застигання шва в сильно розігрітому щодо решти металу стані. У процесі охолодження обсяг шва і прилеглого прогрітого металу скорочується. В результаті розвивається викривлення і зайві напруги. Можливо навіть розвиток тріщин по центру шва або в місцях підрізів. Для боротьби з цим явищем використовують двосторонній проварена швів. Для деяких матеріалів (чавун та інші) застосовується об’ємний попередній розігрів деталі в печі. Суть методу в тому, що остигає в масі деталь скорочується разом зі швом, тому напруги не такі великі.

Охолодження металу в зоні первинної кристалізації по краях шва відбувається досить швидко. Це призводить до гартування і охрупчіванію матеріалу. Пластичність повертають додатковим прогріванням деталі після виконання зварювальних робіт. Така технологія називається нормалізацією.

Ссылка на основную публикацию