Сварка металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Сварка и резка металлов наряду с другими технологическими процессами в значительной мере определяют общий технический уровень многих отраслей промышленности.

Сварка - один из наиболее распространенных технологических процессов. К ней так же относятся сварка, наплавка, сварка-пайка, пайка, склеивание, напыление и некоторые другие операции.

С помощью сварки соединяют между собой различные металлы, их сплавы, некоторые керамические материалы, пластмассы, стекла и разнородные материалы. Основное применение находит сварка металлов и их сплавов при сооружении новых конструкций, изготовлении и ремонте различных изделий, машин и механизмов, создание двухслойных материалов. сваривать можно металлы любой толщины. Прочность сварного соединения в большинстве случаев не уступает прочности целого металла. Сварку можно выполнять на земле, под водой, в космосе. Сваривать швы можно в любых пространственных положениях.

Дуговая сварка повсеместно используется в металлообработке, машиностроении, металлургии, сельском хозяйстве, строительстве, на транспорте и других отраслях.

1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СВАРКИ

1) Сварка--технологический процесс получения неразъемного соединения деталей, осуществляемый за счет использования межатомных сил сцепления. Для соединения двух или более частей металла в одно целое необходимо осуществить тесное сближение их атомов на расстояние порядка 4*10~8см, чтобы между ними начали действовать силы взаимного притяжения. При сварке это достигается либо расплавлением кромок свариваемых деталей, либо путем соединения давлением нагретого до пластического (размягченного) состояния металла. Следовательно, все существующие методы сварки разделяются на сварку плавлением и сварку давлением (пластическую). Рассмотрим сущность процессов сварки плавлением и сварки давлением. При сварке плавлением кромки соединяемых деталей и дополнительный (присадочный) металл, применяемый для заполнения зазора между ними, нагреваются до расплавления. После перемешивания основного и дополнительного металлов получается общая сварочная ванна. В результате охлаждения и затвердевания этой ванны образуется прочное соединение металлических деталей. Процесс образования сварного соединения происходит в данном случае без воздействия давления. При сварке давлением металл соединяемых поверхностей нагревается только до пластического состояния, т. е. ниже температуры плавления. В результате такого нагрева повышается способность атомов к перемещениям и диффузии. Однако для образования сварного соединения при сварке давлением одного нагрева еще недостаточно. После нагрева к месту сварки необходимо приложить давление, вызывающее пластическую деформацию (осадку). В процессе деформации происходит смятие неровностей и разрушение окисных пленок, что обеспечивает плотный контакт между соединяемыми деталями и возникновение межатомных связей.

В последнее время для соединения деталей из алюминия и его сплавов, меди, свинца, цинка и других пластичных материалов применяется холодная сварка давлением. Процесс этой сварки основан на .получении неразъемных соединений путем приложения к свариваемым участкам не нагретых деталей значительных давлений. Применение давления, превышающего предел текучести свариваемого металла, позволяет сблизить атомы соединяемых частей на расстояние, достаточное для проявления между ними сил взаимного притяжения. Для получения надежных соединений при помощи холодной сварки необходимо со свариваемых поверхностей удалить окислы и загрязнения. В последнее время в машиностроении широко применяются штампосварные и сварно-литые конструкции, получаемые свариванием поковок или отливок в конструкции любых размеров и форм. Применение таких конструкций взамен кованых и литых способствует снижению веса изделий и ведет к экономии труда. При изготовлении современных машин большой мощности находят применение сварные комбинированные конструкции из проката, поковок и литья. В развитии сварочной науки и техники огромную роль сыграли советские ученые, инженеры и рабочие-новаторы. В нашей стране сейчас применяются все современные методы сварки, ведутся большие работы по развитию комплексной механизации и автоматизации сварочных работ.

2) Сущность сварки плавлением и сварки давлением нами уже рассмотрена. Рассмотрим сейчас методы сварки плавлением в зависимости от вида энергии, используемой для местного нагрева металла. При всех методах электрической сварки источником теплоты для расплавления кромок соединяемых деталей служит электрическая энергия. В группу электрической сварки входят: электродуговая, электрошлаковая и сварка электронным лучом. Местный нагрев металла при химической сварке (газовая и термитная сварка плавлением) осуществляется за счет энергии химических реакций. При электрохимической сварке (атомно-водородная и дуговая плазменная) для расплавления свариваемого металла используют одновременно энергию химической реакции и электрической дуги.

3) Сварка давлением по роду применяемой для нагрева энергии подразделяется на механическую, электромеханическую и химико-механическую. При механической сварке (сварка трением, ультразвуковая сварка) нагрев деталей до пластического состояния происходит за счет теплоты, выделяющейся в результате преобразования механической энергии в тепловую. К группе механической сварки следует отнести и холодную сварку давлением. Нагрев соединяемых деталей до пластического состояния при электромеханической сварке осуществляется за счет теплоты, выделяющейся при индукционном или контактном нагреве металла электрическим током. При всех методах химико-механической сварки нагрев металла осуществляется за счет энергии химических реакций. К группе химико-механической сварки относятся кузнечная, газопрессовая и термитная сварка давлением. Как уже указывалось при всех перечисленных методах сварки давлением после нагрева свариваемых деталей до пластического состояния к месту сварки необходимо приложить давление.

2. ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Сварным соединением называется неразъемное соединение деталей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые и торцовые. Стыковое соединение -- это сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями. Нахлесточное -- сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга. Тавровое -- сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента. Угловое -- сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Торцовое -- сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу.

2. Классификация и обозначение сварных швов Сварной шов -- это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми. Стыковой -- это сварной шов стыкового соединения. Угловой -- это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений (ГОСТ2601-84). Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (ГОСТ 11969-79): нижнее -- Нив лодочку -- Л; полугоризонтальные -- Пг, горизонтальные -- Г, полувертикальные -- Пв, вертикальные -- В, полупотолочные -- Пп, потолочные -- П, По протяженности швы различают сплошные и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на: продольные, поперечные, комбинированные и косые . По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми. Соединения, образованные выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В против- ном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения, . По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовлении ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают пневматическими бор машинками, специальными фрезами или пламенем аргонодуговой горелки (выглаживание). Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения швов сварных соединений, выполненных наиболее распространенными способами сварки, регламентированы следующими стандартами: для дуговой сварки в защитном газе ГОСТ 14771-76*; для дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах ГОСТ 14806-80; для соединений сварных стальных трубопроводов ГОСТ 16037-80, для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей ГОСТ 5264-80; для механизированной и автоматической под флюсом -- ГОСТ 8713-70 и др. Конструктивные элементы сварных соединений. Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основные конструктивные элемента: зазор -- в, притупление кромок -- с, и угол скоса кромки -- р. Тип и угол разделки кромок определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. X-- образная разделка кромок, по сравнению с V-- образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6 -- 1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки. При X-- образной и V -- образной разделке кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов. Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и др. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет О -- 5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому проплавлению металла. Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии с ГОСТ 2601-84: ширина -- е, выпуклость -- q, h -- глубина проплавления (для стыкового шва) и к-- катет для углового шва; s -- толщина детали .

Сварные швы подразделяют по разным признакам: по типу шва, по протяженности, по способу выполнения, по пространственному положению и по форме разделки кромок.

По типу сварные швы делят на стыковые, угловые и прорезные.

Стыковой шов - сварной шов стыкового соединения.

Угловой шов - сварной шов углового, нахлестанного или таврового соединений.

Прорезной шов получается в результате полного проплавления верхнего, а иногда и последующих листов, и частичного проплавления нижнего листа (детали). Частным случаем прорезного шва является точечный или пробочный шов (электрозаклепка - при дуговой сварке) Прорезные швы при приварке толстого листа могут выполняться по заранее выполненным отверстиям в верхнем листе (при точечном шве) или прорези (при непрерывном шве).

Различают следующие характеристики сварного шва: ширину, выпуклость, вогнутость и корень шва.

Ширина шва е - расстояние между видимыми линиями сплавления сварного шва. Выпуклость шва определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного шва, измеренным в месте наибольшей выпуклости. Вогнутость шва T определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы шва с основным металлом и поверхностью шва, измеренным в месте наибольшей вогнутости. Вогнутость корня стыкового шва является дефектом обратной стороны одностороннего шва.

Корень шва - часть сварного шва, наиболее удаленная от его лицевой поверхности. По существу это обратная сторона шва, в которой различают ширину е₁ и высоту g₁ обратного валика. Угловой шов имеет следующие размерные характеристики: катет, толщину, расчетную высоту.

Катет углового шва к определяется кратчайшим расстоянием от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части. Катет задается в качестве параметра режима, который нужно выдерживать при сварке.

Толщина углового шва - наибольшее расстояние от поверхности углового шва до точки максимального проплавления основного металла. Для оценки прочности сварного соединения используют расчетную высоту углового шва. Для угловых швов более благоприятна вогнутая форма поверхности шва с плавным переходом к основному металлу.

По протяженности сварные швы подразделяют на непрерывные и прерывистые. Стыковые сварные швы, как правило, выполняют непрерывными. Угловые швы могут быть непрерывными и прерывистыми, с шахматным и цепным расположением отрезков шва. Угловые швы могут быть выполнены и точечными швами.

По способу выполнения различают сварку: одностороннюю и двустороннюю, однослойную и многослойную. Одностороннюю сварку стыкового сварного соединения выполняют со сквозным проплавлением кромок на подкладке или без подкладки (на весу). Двустороннюю сварку выполняют с зачисткой (удалением) корня шва (механической обработкой) перед сваркой обратной стороны сварного соединения или без зачистки корня шва. При двусторонней сварке зачастую приходится кантовать изделие или вести сварку в трудном потолочном положении.

Многослойный шов применяют при сварке металла большой толщины, а также для уменьшения зоны термического влияния. Подслоем сварного шва понимают часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва.

Валик - металл сварного шва, наплавленный за один проход. Под проходом при сварке подразумевается однократное перемещение в одном направлении источника тепла при сварке или наплавке.

По пространственному положению с учетом требований международных стандартов различают следующие сварные швы: горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные, потолочные и швы, сваренные в нижнем положении.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ ШВОВ

Сварные швы по внешнему виду подразделяются на:

· нормальные (плоские);

· выпуклые (усиленные) и

· вогнутые (ослабленные).

Выпуклые сварные швы лучше работают при статических (постоянных) нагрузках, однако они неэкономичны. Нормальные и вогнутые швы лучше подходят при динамических и знакопеременных нагрузках, поскольку за счет более плавного перехода от основного металла к сварному шву снижается вероятность возникновения концентрации напряжений, приводящих к разрушению шва.

По выполнению сварные швы могут быть односторонними и двусторонними.

По количеству слоев сварка бывает однослойной и многослойной, по числу проходов - однопроходной и многопроходной.

Многослойный шов используется при сварке толстого металла, а также чтобы уменьшить зону термического влияния. Проход - однократное перемещение источника тепла в одном направлении при сварке или наплавке. Валиком называется часть металла сварного шва, которая была наплавлена за один проход. Слой сварного шва - металл шва, состоящий из одного, двух или нескольких валиков, которые размещены на одном уровне поперечного сечения шва.

В зависимости от протяженности сварные швы бывают непрерывными и прерывистыми. Стыковые швы обычно делают непрерывными. Угловые швы могут быть выполнены

· непрерывными;

· односторонними прерывистыми;

· двусторонними цепными;

· двусторонними шахматными;

· а также могут быть точечными.

По направлению действующего усилия сварные швы делятся на

· продольные (фланговые) - направление действующего усилия параллельно оси сварного шва;

· поперечные (лобовые) - направление действующего усилия перпендикулярно оси сварного шва;

· комбинированные - сочетание продольного и поперечного швов;

· косые - направление действующего усилия размещено под углом к оси сварного шва.

По положению в пространстве швы подразделяются на:

· нижние (Н);

· "в лодочку" (Л);

· горизонтальные (Г);

· полугоризонтальные (Пг);

· полувертикальные (Пв);

· вертикальные (В);

· полупотолочные (Пп);

· потолочные (П).

По назначению сварные швы бывают

· прочные;

· плотные (герметичные);

· прочноплотные.

В зависимости от условий работы сварного изделия швы делятся на

· рабочие, предназначенные непосредственно для нагрузок;

· нерабочие (связующие или соединительные), используемые только для соединения частей сварного изделия.

По ширине сварные швы подразделяются на

· ниточные с шириной шва равной или незначительно превышающей диаметр электрода, выполняются без поперечных колебательных движений сварочного электрода;

· уширенные, которые выполняют с поперечными колебательными движениями электрода.

4. ОБОЗНАЧЕНИЕ СВАРНЫХ ШВОВ

5. ОТ ПРИ СВАРКЕ

сварка технологический деталь сцепление

Рабочее место сварщика должно содержаться в чистоте и порядке, не допуская ничего лишнего, мешающего работе на рабочем месте, а также в проходах и проездах. Детали и заготовки следует держать в устойчивом положении на подкладках и стеллажах, высота штабелей не должна превышать полторы ширины или полтора диаметра основания штабеля и во всех случаях не должна быть более 1 м.

Сварочные кабели нельзя располагать рядом с газосварочными шлангами и трубопроводами, находящимися под давлением, или по участкам с высокой температурой, а также вблизи кислородных баллонов и ацетиленовых генераторов.

Не должны производиться сварка и резка внутри сосудов с закрытыми люками или не вывернутыми пробками, у не огражденных или незакрытых люков, проемов, колодцев и т. п.

Местные отсосы для ручной электросварки

Ручная электросварка мелких изделий должна производиться в кабинах или фиксированных местах, оборудованных местными отсосами в виде неподвижных решетчатых панелей равномерного всасывания.

В рабочем сечении панели скорость воздуха составляет 0,15 м/с, что обеспечивает подвижность воздуха в зоне сварки на расстоянии не более 0,7 м от отсоса 0,5 м/с.

При сварке под слоем флюса применяется местный отсос, который подсоединен к шланговому полуавтомату.

При сварке в углекислом газе применяют местный отсос, совмещенный с автоматической или полуавтоматической горелкой.

При выполнении сварочных работ возникают опасные и вредные производственные факторы, которые могут привести к травме или профессиональным заболеваниям.

Размещено на Allbest.ru