Види зварювання: використання тиску, плавлення і термохімічних

Зварюванням називають процес, при якому отримують міцне, нероз’ємне з’єднання матеріалів, зв’язок між деталями відбувається на атомному рівні.

Сварка являє собою процес отримання нероз’ємного з’єднання матеріалів.

Основи і види зварювання

Процес зварювання деталей ділиться на дві стадії. На першому етапі матеріал необхідно зблизити на таку відстань, щоб почали діяти міжатомні сили, при звичайних умовах це зробити неможливо, навіть якщо матеріали будуть дуже якісно оброблені. На поверхні утворюються окисли, жирова плівка та інше, що не дозволяє з’єднати матеріали при звичайних умовах.

Для того щоб забезпечити з’єднання деталей, необхідно або розплавити метал, або створити його пластичну деформацію, шляхом дії на нього великого тиску.

На другій стадії процесу відбувається взаємодія між атомами на електронному рівні і відбувається утворення міцної атомної зв’язку, якщо з’єднуються метали. Якщо з’єднують напівпровідники або діелектрики, утворюється ковалентний зв’язок.

Класифікація основних видів зварювання.

Існують такі типи з’єднання: зварювання з використанням тиску, за допомогою плавлення і термомеханічне зварювання.

  1. Зварювання способом плавлення. Цей спосіб з’єднання деталей виконується тільки за рахунок плавлення, без використання тиску. Тепло виробляється зварювальної дугою, спрямованим променем або газовим полум’ям, при цьому матеріали об’єднують в зварювальну ванну. Після того як розплав охолоне, виходить міцний шов.
  2. Термохімічна зварювання. Цей вид поєднує в собі дію тепла і тиску. Заготовки нагріваються, ніж збільшується їх пластичність, а потім до них додається тиск, і вони з’єднуються.
  3. Зварювання з використанням тиску. В даному випадку з’єднання деталей відбувається за рахунок прикладання до них механічного зусилля. Створюється великий тиск, і метал починає текти, це дозволяє віднести верхній забруднений шар, і свіжі шари металу вступають в хімічну реакцію і міцно з’єднуються.

Метод ручної зварки

Якщо розглядати види зварювання, то найчастіше зустрічається саме електродугове зварювання. Тепло створюється за рахунок виникнення між електродами дуги, і одним з них є зварювальна деталь.

Для того щоб запалилася дуга, треба провести коротке замикання, для чого електрод з’єднують з заготівлею, потім його відводять на 3-5 мм, і утворюється стійка зварювальний дуга.

Схема ручної зварки.

Електрони, що імітовані електродом, прискорюються, проміжок між електродами іонізується, що дозволяє створити стійку дугу. Температура дуги досягає 6000 градусів, найчастіше проводять зварювання електродом, покритим спеціальним складом, що має таке призначення:

  • захист розплаву від дії навколишнього середовища;
  • насичення шва різними елементами.

Для того щоб захистити розплав спеціальною оболонкою, до складу покриття електрода входять крейда, мармур, оксиди і польові шпагати, в неї входять утворюють гази. Для проведення легування шва, до складу оболонки входять алюміній, ферохром, ферротитан і інші елементи, для того щоб усунути оксиди заліза, використовують раскислители.

Для того щоб отримати міцний і якісний шов, електрод необхідно розташовувати під кутом 15-20 градусів до заготівлі і плавно переміщати уздовж деталей, що з’єднуються на відстані від них в 3-5 мм. Для отримання валікообразнимі шва, електродом треба робити невеликі коливальні рухи поперек шва.

Автоматичне зварювання електродом, що плавиться під флюсом і електрошлаковий метод

Існують різні види зварювання, і одним з них є автоматичний метод зварювання електродом, що плавиться під флюсом. На з’єднується деталь насипають флюс товщиною 5-6 см, і горіння дуги відбувається не в повітрі, а під розплавленим флюсом, що не допускає контакту шва з повітрям.

Це необхідно при роботі з великими струмами (1000-1200А), і при цьому не відбувається розбризкування металу, не порушується форма шва. Робота з відкритою дугою при таких великих токах неможлива. В даному випадку матеріали з’єднуються за рахунок розплавлення приблизно 70% самого металу і тільки 30% електрода.

Аргонодуговая зварювання неплавким електродом.

Для зварювання використовується дріт без оболонки, вона подається автоматично з котушки за допомогою головки зварювального автомата, за спеціальною трубі перед головкою з дротом подається зернистий флюс.

Основною перевагою вказаного методу є висока якість отриманого шва, а за рахунок його автоматизації досягається висока продуктивність.

Розробляються нові види зварювання, і одним з них є електрошлакове зварювання деталей. Перед проведенням зварювання деталі посипають шлаком, він нагрівається до температури, яка вища за температуру плавлення деталей, що з’єднуються і електрода.

Спочатку процес йде аналогічно, як і при зварюванні під флюсом, але після розплавлення шлаку дуга припиняє горіти і заготовки з’єднуються за рахунок того, що струм проходить через розплав. Цей спосіб дозволяє зварювати товстий метал, шов виходить якісним, а продуктивність виконання робіт дуже висока.

Переваги електрошлакового зварювання:

  • так як зварне пристрій розташовується вертикально, то із зони зварювання добре видаляються шлак, домішки і газові бульбашки;
  • зварений шов виходить великий щільності;
  • шов не схильний до утворення тріщин;
  • продуктивність з’єднання деталей, що мають велику товщину, в 20 разів перевищує продуктивність автоматичного зварювання під флюсом;
  • дозволяє з’єднувати заготовки великих розмірів, використовується в мостобудуванні, суднобудуванні, будівництві прокатних верстатів і ін.

Електронно-променева, плазмова і дифузійна зварювання

Під час проведення електронно-променевого зварювання в якості джерела тепла використовується пучок електронів, що має велику енергію. Під час проведення робіт електрони проникають в деталі і сильно її розігрівають, поки температура не досягне межі плавлення.

Для отримання високої якості шва весь процес відбувається у вакуумі. При цьому процесі можна зробити дуже тонкий промінь, тому вказаний спосіб є незамінним при проведенні з’єднання мікродеталей.

Схема електронно-променевого зварювання.

Під час плазмового зварювання для нагріву використовують іонізований газ, його називають плазма. Потрапляючи в електричне поле, іони прискорюють свій рух, за рахунок чого відбувається нагрівання плазми до 20-30 тисяч градусів.

Для того щоб зварювати метали, застосовують плазмотрони прямої дії, а для зварювання напівпровідників або діелектриків використовують плазмотрони побічної дії. В цьому випадку не використовується електрод, плазма дуже чиста, і її застосування є високоефективним.

При проведенні дифузійної зварювання в верхніх шарах деталей відбувається дифузія атомів. Матеріал нагрівається до значень, які близькі до температури його плавлення, і процес відбувається у вакуумі. При цьому немає оксидної плівки, щоб якість з’єднання було високим, перед цим проводиться якісна обробка поверхонь деталей. Щоб відбулося з’єднання деталі, необхідно їх стиснути, для цього створюється зусилля в 10-20 МПа.

Для з’єднання деталей їх поміщають в вакуум і стискають між собою, потім їх нагрівають до певної температури, витримують зазначений час. Цей спосіб використовують, коли треба поєднати різні матеріали, наприклад, сталь, кераміку, титан, чавун та інші матеріали.

Різновиди зварювання — контактна, стикова і шовна

При проведенні контактного зварювання через заготовку пропускають електричний струм, за рахунок чого відбувається її нагрів. Температуру доводять до того моменту, коли деталі стають пластичними, після чого їх здавлюють і отримують надійне з’єднання. Це один з видів зварювання з використанням тиску.

Контактна електричне зварювання.

Цей вид з’єднання деталей має високу продуктивність, його легко автоматизувати, тому він використовується в будівництві, машинобудуванні та інших галузях. Контактна зварювання має такі різновиди: вона ділиться на стикового, шовний і точкове зварювання.

Стикове з’єднання деталей виконується за їх торцях. Спочатку деталі затискають в електродах, які виконані у вигляді губок, після цього стискають і пропускають електричний струм. Даний спосіб підходить для з’єднання деталей у вигляді смуг, труб, дроту та інших аналогічних деталей.

Способи стикового зварювання:

  • за допомогою опору, метал в стику розігрівають до 0,9 температури його плавлення, і він з’єднується без розплавлення за рахунок того, що відбувається його пластична деформація;
  • за допомогою оплавлення, при цьому спочатку деталі з’єднують в декількох точках, а потім пропускають великий струм, внаслідок чого деталі починають плавитися, проводиться осаду, рідкий метал разом з оксидною плівкою і оксидами видавлюється і відбувається надійне з’єднання деталей.

Чим вище буде температура нагріву деталей, тим менше зусилля стиснення буде потрібно для їх з’єднання.

Схема стикового зварювання.

При проведенні шовного зварювання деталі з’єднують внахлест, при цьому використовують дискові обертаються електроди, шов може бути переривчастим або безперервним. Для того щоб вийшов безперервний термічний шов, проводиться перекриття сусідніх точок наполовину їх діаметра.

Види шовного контактного зварювання:

  • безперервне з’єднання;
  • перериване з’єднання, коли роликиобертаються безперервно;
  • перериване з’єднання, коли роликиобертаються періодично.

Дане з’єднання використовується при створенні судин. Діаметр роликів може бути від 4 до 35 см, зусилля стиснення до 600 кг, змінний струм може досягати 2000-5000А, за хвилину проводиться до 0,5 -0,6 метра з’єднання.

Точкове контактне зварювання і метод конденсаторного зварювання

Деталі, які необхідно з’єднати, розташовують між електродами, потім їх стискають і пропускають струм. Після нагрівання деталей проводиться їх з’єднання, в даному випадку діаметр розплавленого ядра відповідає діаметру електрода, і зварювання виходить у вигляді точок. Є дво- або одностороння зварювання, все залежить від того, як розташовані електроди.

Схема контактного точкового зварювання.

Коли проводиться з’єднання деталей різної товщини, ядро ​​буде зміщуватися в бік тієї деталі, що має велику товщину. Якщо різниця в товщині велика, то тонку деталь зварювання може не захопити. Щоб цього уникнути, нагрів тонкого листа може бути посилений за рахунок використання накладок, на ньому можуть створювати рельєф або використовувати з боку товстої заготовки електроди великого діаметра.

При проведенні рельєфного зварювання на деталі роблять рельєф, і в першу чергу контакт відбувається по ньому, після чого під тиском рельєф руйнується і деталь стає плоскою. Цей метод використовують для з’єднання заготовок невеликого розміру.

Під час проведення конденсаторного зварювання енергію виробляє джерело живлення, а потім вона накопичується в конденсаторах, після чого вона перетворюється в теплову енергію.

Конденсаторне зварювання буває:

  • трансформаторна, при цьому розрядка конденсатора проводиться на первинну обмотку трансформатора, а деталь з’єднана з вторинною обмоткою;
  • бестрансформаторная, при цьому конденсатор розряджають на деталь.

Цей вид з’єднання деталей використовується при зварюванні тонких заготовок. При цьому способі з’єднання використовується невелика потужність, вона порядку 0,1-0.2 кВА, імпульс триває тисячні частки секунди, можна зварювати деталі, товщина яких в межах 0,005-1 мм. Вона використовується в приладобудуванні, при виробництві авіапріборов і електроніки.

Холодна і індукційна зварювання

Схема плазмового зварювання.

При даному способі з’єднання деталей відбувається виключно за рахунок їх пластичної деформації. Перевагою зазначеного методу є те, що процес може відбуватися при кімнатній або навіть мінусовій температурі.

За рахунок здавлювання відбувається зближення деталей, і між ними починають діяти міжатомні сили, за рахунок чого і відбувається надійне з’єднання. Стиснення сильне, і тому плівка окислів руйнується, і поверхня з’єднання стає чистою.

Перед з’єднанням поверхні треба ретельно очистити, щоб прибрати жирову плівку і домішки. Цей тип зварювання дозволяє отримувати точкові, стикові і шовні з’єднання. Він призначений для з’єднання труб, дроту, шин і може бути виконаний як встик, так і внахлест, тиск залежить від товщини з’єднуються заготовок, воно може бути від 1 до 3 ГПа.

Для зварювання труб уздовж використовують індукційну зварювання, також цим методом наплавляют тверді сплави на різці, долота для буріння і інший інструмент.

Метал нагрівають шляхом пропускання через нього високочастотного електричного струму, а потім здавлюють. Це безконтактне зварювання, ток локалізується поблизу поверхні деталі.

Особливості зварювання різних металів і сплавів

Різні метали і сплави мають різну свариваемость, тобто здатність до з’єднання і створення шва з такими ж властивостями, як сама деталь. При проведенні зварювання в деталях практично завжди залишаються залишкові напруги, щоб отримати міцний і якісний шов, їх необхідно знизити.

Зварювання вуглецевих сталей.

Схема гарячої зварювання.

При проведенні зварки вуглецевих і легованих сталей використовують електроди, які забезпечують хороші механічні характеристики шва. Проблема в цьому випадку виникає в загартуванні зони біля шва і виникненні тріщин.

Щоб не утворювалися тріщини, необхідно:

  • деталі попередньо нагрівати до 100-300 градусів;
  • виконувати не одношарову, а багатошарову зварювання;
  • з’єднання проводити електродами з покриттям, використовувати постійний струм зворотної полярності;
  • після з’єднання деталі треба відпускати при температурі близько 300 градусів.

З’єднання високохромистих сталей.

Це стали, в складі яких до 12-28% хрому, вони не іржавіють і жаростійкі, можуть бути мартенситними, феритовими і ферритно-мартенситними, це буде залежати від того, яке в них кількість хрому і вуглецю.

При зварюванні феритових сталей, коли відбувається їх охолодження, при температурі близько 1000 градусів, може статися випадання зерен карбіду хрому. Це призводить до зниження стійкості стали до корозії, щоб цього уникнути, необхідно:

Схема особливостей зварювання високолегованих сталей.

  • використовувати низькі струми, щоб деталь швидше охолоджувалася;
  • в сталь вводять карбідообразователі;
  • після з’єднання деталі отжигают при температурі 900 градусів.

Мартенситні і ферито-мартенситні стали необхідно перед з’єднанням нагрівати до 200-300 градусів.

З’єднання чавуну.

Для зварювання чавунних деталей використовують їх підігрів до 400-600 градусів, використовують чавунні електроди, діаметр яких може бути 8-25 мм. Найкраще використовувати диффузионную зварювання.

Зварювання мідних деталей і деталей з сплавів міді.

Для цього найчастіше використовують газове зварювання або дугове зварювання з використанням металевих або вугільних електродів. Труднощі в з’єднанні мідних деталей виникають через наявність домішок кисню, водню і свинцю.

Зварювання алюмінію.

Тому, щоб цей процес відбувався без проблем, заважає наявність на поверхні деталей оксидної плівки. Щоб її позбутися, необхідно використовувати флюси. Добре алюмінієві деталі з’єднуються і дифузійної зварюванням.

Нетрадиційні методи зварювання

Схема зварювання встик.

  1. Зварювання вибухом. Після проведення невеликого вибуху одна з деталей значно прискорюється, і при контакті деталі отримують пластичну деформацію. Підвищується температура, при цьому деталі сильно розігріваються, і оксидні плівки дробляться, і утворюється міцний зв’язок. Для проведення вибуху використовують гексоген, амонал, амоніт і інші.
  2. Сварка ультразвуком. Цим способом роблять біметалічні листи, порожнисті або суцільні композиційні вироби, облицьовують деталі машин сплавами і металами. При ультразвуковому методі все відбувається внаслідок дії ультразвукових хвиль. Дія ультразвуку під час кристалізації шва дозволяє поліпшити його характеристики. При цьому процесі виділяється багато тепла, це залежить від характеристик металів, що сполучаються. Ультразвукове зварювання дозволяє з’єднувати дуже тонкі деталі, листи і навіть фольгу, з’єднувати тонкі і товсті деталі.
  3. Електролітичне зварювання. Суть електролітичної зварювання полягає в тому, що деталі поміщають в спеціальний розчин лугу, після чого через електроліт між стрижнями пропускають струм, і негативний електрод сильно нагрівається, потім розігріті деталі дістають з ванни і осаджують.
  4. Ливарна зварювання. За старих часів дуже популярною була ливарна зварювання, вона використовувалася для того, щоб з’єднувати кольорові метали і їх сплави. Спочатку з’єднуються деталі розігрівають і в місце їх з’єднання заливають розплавом.
  5. Сварка під водою. Даний спосіб заснований на тому, що дуга може горіти в газовому міхурі під водою. При горінні дуги навколо неї виділяється багато газів, що призводить до того, що в газовому міхурі підвищується тиск. При цьому відбувається розкладання води на водень і кисень.

Спостерігати за процесом освоєння неможливо, робота може проводитися як на змінному, так і на постійному струмі. Для того щоб захистити електроди від води, використовують спеціальне покриття, для цього застосовують нітролак, парафін та інші матеріали.

Для цього способу необхідні спеціальні електротримачі з гарною ізоляцією по всій їх поверхні. Проводити таку роботу можуть тільки професіонали, самостійно її освоїти не можна.

Як бачите, існує велика кількість різних видів зварювання, і тільки досвідчений зварник зможе підібрати спосіб, що буде найбільш оптимальним в конкретному випадку і забезпечить якісне, міцне і надійне з’єднання деталей.

Ссылка на основную публикацию