Классификация способов сварки

Размещено на http: //www. allbest. ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ Государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение высшего образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технология нефтяного аппаратостроения»

РЕФЕРАТ

по дисциплине

«Основы сварочного производства»

на тему: Классификация способов сварки

Выполнил: ст. гр. БМК-14-01 Д.Р. Рузметова

Проверил: д.т.н., доцент А. М. Файрушин

УФА 2017



Содержание

Введение

1. Термический класс

1.1 Ручная дуговая сварка

1.2 Газовая сварка

1.3 Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа

1.4 Автоматическая сварка под флюсом

1.5 Электрошлаковая

1.6 Электронно-лучевая

2. Термомеханический класс сварки

2.1 Диффузионная сварка

2.2 Контактная электрическая сварка.

2.3 Сварка трением

3. Механический класс сварки

3.1 Холодная сварка

3.2 Сварка взрывом

3.3 Ультразвуковая сварка

4. Классификация видов сварки, используемых в промышленности

5. Сварка давлением

5.1 Контактная сварка

5.2 Стыковая сварка

5.3 Роликовая сварка

Заключение

Список литературы



Введение

сварка металлический производственный

Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений в результате возникновения атомно-молекулярных связей между соединяемыми деталями при их нагреве и пластическом деформировании.

Большая роль в развитии сварки в отечественном судостроении принадлежит профессору В.П. Вологдину (1883-1950), который первым после революции возобновил сварку по методу изобретателя Н.Г. Славянова на Дальзаводе в г. Владивостоке. Под руководством В.П. Вологдина построены первые сварные котлы, первый отечественный электросварной морской буксир. Вологдин В.П. организовал подготовку специалистов инженеров-сварщиков в Дальневосточном политехническом институте, первый выпуск которых состоялся в 1930-1931 гг.

В 1935 г. в Ленинграде был построен первый полусварной крупный морской пароход «Седов». Постройка клепаных судов для речного флота была запрещена в 1939 г. специальным приказом. К началу Великой Отечественной войны сварка почти повсеместно вытеснила клепку. По своему значению переход от постройки клепанных корпусов судов на сварные можно сравнить с переходом в середине XIX в. от деревянных судов к металлическим.

Простота конструкций сварных соединений по сравнению с клепаными, широкие возможности для автоматизации обработки заготовок, сборки и сварки обеспечили снижение трудоемкости изготовления корпусов судов.

Основными преимуществами сварных соединений являются:

-экономия металла;

-снижение трудоемкости изготовления корпусных деталей;

-возможность изготовления конструкций сложной формы из отдельных деталей, полученных ковкой, прокаткой, штамповкой.

Классификация видов сварки

Для создания физического контакта между соединяемыми деталями, очистки поверхностей от посторонних веществ используются различные физико-химические процессы и технические приемы. Нагрев свариваемых деталей может осуществляться электрической дугой, газокислородным пламенем, пропусканием тока, лазером и т.д. По-разному обеспечиваются защита зоны сварки от воздействия воздуха и ее принудительная деформация. Существует более 70 технологических процессов сварки.

Основным физическим признаком сварки является вид энергии, используемой для получения сварного соединения. По физическим признакам все виды сварки делятся на три класса (таблица 1).

Таблица 1 Классификация сварки по физическим признакам

Название класса	Виды сварки
Термический класс	Ручная дуговая сварка, сварка неплавящимся электродом, сварка под флюсом, газопламенная сварка, плазменная сварка, электронно-лучевая сварка, лазерная сварка.
Термомеханический класс	Точечная сварка, стыковая сварка, рельефная сварка, диффузионная сварка, сварка трением.
Механический класс	Сварка взрывом, ультразвуковая сварка, холодная сварка.



1. Термический класс

1.1 Ручная дуговая сварка

Производится металлическими электродами, покрытыми специальной обмазкой. К электроду и свариваемому металлу подводится электрический ток, в результате чего возникает дуга, постоянную длину которой необходимо поддерживать на протяжении всего процесса сварки. Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл. Капли металла металлического стержня, покрытые шлаком, переходят в сварочную ванну, где смешиваются с расплавленным основным металлом. По мере плавления электрода покрытие образует газашлаковую защиту, изолирующую зону дуги и сварочную ванну от атмосферного воздуха. По мере удаления дуги происходит остывание ванны, и образуется сварной шов.

Рисунок 1 Ручная дуговая сварка 1 - сварочная дуга; 2 - электрод; 3 - электрододержатель; 4- сварочные провода; 5 - источник питания; 6 - основной металл; 7 - сварной шов



1.2 Газовая сварка

Это сварка плавлением, при которой металл в зоне соединения нагревают газовым пламенем до расплавления. Пламя образуется при сгорании горючего газа в кислороде. При нагреве газовым пламенем (рис. 3) кромки свариваемых заготовок расплавляются вместе с присадочным металлом, который может дополнительно вводится в пламя горелки. После затвердевания жидкого металла образуется сварной шов.

Рисунок 2 Газовая сварка Рисунок 3 - Нагрев газовым пламенем 1 - горелка; 1- присадочная проволока; 2 - шланг для подвода ацетилена; 2- горелка; 3 - шланг для подвода кислорода; 3-основной металл; 4 - ацетиленовый баллон; 4- сварочное пламя 5 - ацетиленовый редуктор; 6 - кислородный редуктор; 7 - кислородный вентиль; 8- кислородный баллон

1.3 Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа

Производится сварочной проволокой, которая подается автоматически в зону сварки.

Дуга горит между непрерывно подающейся проволокой и свариваемым металлом (рис. 4).

Одновременно с проволокой подается газ (углекислый, аргон или др.), который защищает сварочную ванну от вредного воздействия воздуха.

Сварщик перемещает горелку вдоль свариваемых кромок.

Рисунок 4 Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа 1 - сварочная проволока; 2 - сопло горелки; 3 - защитный газ; 4 - токоподводящий мундштук;5 - подающие ролики ; 6 - сварной шов.

Рисунок 5 Внешний вид полуавтомата для сварки в углекислом газе 1 - горелка; 2 - подающий механизм; 3 - катушка с проволокой; 4- шланг для подачи углекислого газа

1.4 Автоматическая сварка под флюсом

При дуговой сварке под флюсом дуга горит под порошкообразным флюсом, слой которого полностью закрывает дугу и зону сварки. Электродом служит голая проволока.

Флюс защищает расплавленный металл от газов воздуха и улучшает качество металла шва.

Дуговая сварка под флюсом выполняется автоматами и полуавтоматами. Сварочный автомат - это аппарат, в котором подача сварочной проволоки в дугу и перемещение дуги по изделию механизированы.

Рисунок 6 Автоматическая сварка под флюсом 1 - автомат (нижняя часть) ; 2 - проволока; 3 - флюс; 4- основной металл; 5 - сварной шов; 6 - шлаковая корка; 7 - сварочная дуга

1.5 Электрошлаковая

Этот вид является принципиально новым типом сварки. Суть его заключается в том, что на подготовленную поверхность заготовки насыпается слой шлака, температура плавления которого значительно выше, чем температура плавления самой заготовки. На начальном этапе работ процесс соединения металлов практически полностью аналогичен автоматической сварке с помощью флюса. Однако после того как шлак будет полностью расплавлен, горение дуги останавливается и теперь кромки заготовок будут оплавливаться благодаря теплу, которое выделяется за счет прохождения через расплав тока. Этот вариант отлично подходит для сваривания достаточно больших толщ металла. Благодаря тому, что выполнить соединение заготовок можно за один прием, достигается высокая производительность работ. К тому же шов в этом случае получается прочным и ровным.



1.6 Электронно-лучевая

Этот тип сваривания подразумевает воздействие на поверхность заготовки мощного пучка электронов. Благодаря этому металл разогревается до такой температуры, при которой возможно плавление, в этом случае сварка металла происходит на молекулярном уровне. Благодаря тому, что процесс происходит в вакууме, качество шва в этом случае значительно выше, чем в других вариациях. В этом и заключается ее неоспоримое преимущество.



2. Термомеханический класс сварки

2.1 Диффузионная сварка

Сварку деталей получают за счет диффузии атомов из одной детали в другую, возникающей при относительно небольшом длительном нагреве и пластической деформации, получающейся от механического давления.

2.2 Контактная электрическая сварка

При электрической контактной сварке, или сварке сопротивлением, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением.

Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве.

По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

2.3 Сварка трением

Это процесс, преобразующий механическую энергию движения одной из деталей в тепловую энергию. Чаще всего для этого используется вращение; вращаться может либо одна из деталей, либо вставка между ними. Одновременно детали придавливаются друг к другу постоянным либо увеличивающимся давлением. При этом нагрев происходит непосредственно в месте соединения деталей. После завершения сварочного процесса идет осадка и быстрое прекращение вращения. В сварочной зоне на стыках деталей протекают следующие процессы: при увеличении частоты вращения заготовок и воздействии сжимающего давления контактные поверхности притираются друг к другу. Жировые и контактные пленки, присутствующие на деталях в исходном состоянии, разрушаются; после чего на смену граничному трению приходит сухое. Отдельные микровыступы начинают контактировать друг с другом и деформироваться. Образуются ювенильные участки, где связи поверхностных атомов не насыщены - между ними тут же образуются металлические связи, которые за счет относительного движения поверхностей тут же разрушаются.

Преимущества сварки трением:

1.Высокая производительность. Поскольку объем слоя нагреваемого металла невелик, весь цикл сварки может укладываться в достаточно короткие временные промежутки - от нескольких секунд до минуты

2.Высокая энергоэффективность. Поскольку тепло генерируется локально и в небольших объемах, КПД процесса достаточно велик.

3.Высокое качество соединения. Если правильно подобрать режим сварки, то прочность металла стыка и зоны возле него будет сравнима с прочностью основного металла.

4.Возможность сварки различных металлов. Сварочный процесс позволяет сваривать как одноименные, так и разноименные сплавы и металлы, при этом другие способы сварки здесь бывают бесполезны.

5.Гигиеничность процесса. Сварочный процесс выгодно отличается отсутствием ультрафиолетового излучения, брызг расплавленного металла, вредных газов и так далее.

6.Простота автоматизации. Процесс может выполняться на программируемых машинах с низким использованием ручного труда или вовсе без него.

Помимо достаточно существенных преимуществ, сварочному процессу характерны и некоторые недостатки:

1.Низкая универсальность процесса. С помощью сварки трением можно сварить пару деталей, из которых хотя бы одна должна являться телом вращения (труба, круглый стержень и т.д.), вторая деталь должна обладать плоскостью, к которой будет привариваться первая. Впрочем, этот недостаток не слишком существенен: как показывает практика, в машиностроении используется до 70% деталей с круглым сечением (от общего количества деталей).

2.Громоздкость оборудования. Поскольку процесс требует использования достаточно громоздкого оборудования, он осуществим лишь при использовании стационарных машин.

3.Искривление текстурных волокон в зоне сварки.



3. Механический класс сварки

Механическая энергия используется для сближения поверхностей на уровень межатомных взаимодействий элементов свариваемых деталей с образованием устойчивых связей.

Простота оборудования и высокая скорость процесса сварки позволили занять механическому классу сварки достойное место в различных технологических процессах.

3.1 Холодная сварка

При сильном сдавливании деталей между собой получается пластическая деформация металла, при которой атомы двух деталей настолько близко сближаются, что между ними возникают силы взаимодействия. В результате этого получается достаточно прочное соединение деталей, называемое холодной сваркой.

3.2 Сварка взрывом

Сближение атомов между собой может происходить в результате направленного взрыва, при котором частицы быстро движутся навстречу друг другу и, соударяясь, сближаются между собой настолько, что между ними возникают силы взаимодействия.

3.3 Ультразвуковая сварка

Силы взаимодействия между атомами при ультразвуковой сварке возникают в результате колебаний кристаллической решетки металла под действием ультразвуковых колебаний.



4. Классификация видов сварки, используемых в промышленности

Рисунок 7

4.1 Электрическая сварка плавлением

Сварка плавлением осуществляется путем нагрева металла до жидкого состояния в месте соединения деталей. Источник энергии и способ ее преобразования в теплоту оказывают решающее влияние на размеры и форму шва, влияют на свойства сварных соединений. Самым распространенным способом сварки плавлением является электрическая дуговая сварка.

Электрической дугой называют мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Газы, в том числе и воздух, при обычных условиях являются электрически нейтральными веществами и почти не проводят электрический ток. Газ становится электропроводным только при ионизации, то есть при появлении в нем частиц, несущих электрические заряды: электронов, положительных и отрицательных ионов. Ионизация дугового промежутка возникает во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе его горения.

Процесс зажигания дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания между электродом и основным металлом. При этом касание электродом заготовки происходит на отдельных выступающих участках, которые под действием выделяющейся теплоты мгновенно расплавляются, образуя жидкую перемычку между свариваемым металлом и электродом. При отведении электрода жидкий металл растягивается и сужается, что ведет к повышению его сопротивления и еще большему разогреву. К моменту разрыва мостика из жидкого металла его температура достигает температуры кипения и испарения; в межэлектродном пространстве образуется газовый промежуток, заполненный парами металла и элементами воздуха и обмазки. Возникает дуга, начинают проявляться эффекты эмиссии электронов и ионизации атомов, за счет чего и обеспечивается стационарное горение дуги.

Плазменная

Название этого процесса говорит само за себя. Здесь нагревающим элементом выступает ионизированный газ, или, другими словами, плазма. Этот материал достаточно чувствителен к воздействию электрополей благодаря наличию и присутствию электрически заряженных частиц. Под воздействием электрического поля ионы и электроны ускоряют свое движение, нагревая поверхность плазмы до 20-30 тыс. градусов. Преимущества такого типа сварки довольно обширны: она безопасна и экономична, а благодаря довольно узкой зоне нагрева шов получается тонким и практически незаметным.

Лазерная сварка

Эта сварка с использованием лазера в качестве энергетического источника.

Лазерная сварка применяется для сварки одинаковых и разнородных металлов в радиоэлектронике и электронной технике. Сущность лазерного процесса сварки состоит в следующем: лазерное излучение направляется в фокусирующую систему, где фокусируется в пучок меньшего сечения и попадает на свариваемые детали, где частично отражается, частично проникает внутрь материала, где поглощается, нагревает и расплавляет металл, формируя сварной шов.

Термитная сварка

Этот способ сварки, при котором для нагрева металла используется термит, состоящий из порошкообразной смеси металлического алюминия или магния и железной окалины.

Литейная сварка

Сущность данного способа заключается в том, что предварительно подготовленное место сварки заливается жидким перегретым металлом, заготовленным в отдельном от изделия контейнере, например тигле. Процесс сварки похож на производство отливок из металла. Место сварки заформовывают, сушат, прокаливают. Изделие подогревают и в заформованный стык заливают заранее приготовленным, расплавленным, желательно перегретым металлом. Таким образом сваривают изделия из благородных металлов, меди, бронзы (металлическую посуду, украшения), в древности изготавливали свинцовые трубы для водопроводов.

В настоящее время литейная сварка применяется редко, иногда -- для исправления чугунных отливок, однако при этом высок процент вероятности выпадения белого чугуна, по сравнению с другими видами сварки. Литейная сварка для чугунных изделий делается только тогда, когда нельзя использовать другие видов сварок.



5. Сварка давлением

Сварка давлением осуществляется между холодными или нагретыми в зоне соединения деталями путем совместного их сжатия. Основное влияние на качество сварных соединений оказывают температура, степень деформации металла, время сварки (выдержки деталей в сжатом состоянии) и толщина пленки инородных веществ на соединяемых поверхностях. Различают сварку с предварительным подогревом и сварку без предварительного подогрева соединяемых деталей.

Рассмотрим такой способ сварки с предварительным подогревом соединяемых деталей как контактную сварку.

5.1 Контактная сварка

Данный вид относится к способам сварки давлением, при которой заготовки в месте соединения нагреваются теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока, и сжимаются определённым усилием. Для получения качественных сварных деталей металл в месте контакта нагревают до расплавления и лишь в отдельных случаях (например, при стыковой сварке сопротивлением) до пластического состояния, обеспечивающего требуемую пластическую деформацию заготовок. В процессе этой деформации происходит удаление окислов из места соединения, устранение раковин и уплотнение металла.

Режим нагрева при контактной сварке определяется силой тока и временем протекания его через свариваемые изделия. Обычно стремятся к получению интенсивного нагрева в возможно малый промежуток времени. Такой режим сварки называется жёстким и обеспечивает повышение производительности, экономию электроэнергии, уменьшение окисления деталей, уменьшение размеров зоны термического влияния и возможность сварки металлов с высокой теплопроводностью и специальных легированных сталей.

Однако если есть опасность возникновения закалочных структур, которые могут привести к образованию трещин в зоне сварного соединения, применяют мягкие режимы сварки, характерные увеличением длительности протекания тока при соответственном уменьшении его величины.

Наиболее широкое применение получили следующие основные виды контактной сварки: стыковая контактная сварка, точечная сварка и шовная сварка.

5.2 Стыковая сварка

При стыковой сварке заготовки сваривают по всей плоскости их касания. Для осуществления стыковой контактной сварки применяют специальные машины ручного или автоматического действия. Такая машина изображена на рисунке 7. На станине машины 1 расположены плиты 2 и 3, несущие на себе зажимы 4 и 5, предназначенные для закрепления свариваемых деталей и подвода к ним тока от вторичного витка трансформатора 6. Левая плита 2, обычно неподвижная, изолирована от станины. Правая плита 3 может перемещаться прямолинейно по направляющим станины вручную с помощью рычага, штурвала или пружин.

Рисунок 8 Схема машины для стыковой контактной сварки



В зависимости от марки металла, площади сечения заготовки и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.

При стыковой сварке сопротивлением заготовки, установленные и закреплённые в стыковой машине, прижимают одну к другой усилием определенной величины, после чего по ним пропускают электрический ток. При нагревании металла в зоне сварки до пластичного состояния производится осадка. Ток выключают до окончания осадки. Этот способ сварки требует механической обработки и тщательной зачистки поверхностей торцов заготовки. Неравномерность нагрева и окисление металла на торцах понижают качество сварки сопротивлением, что ограничивает область её применения. С увеличением сечения заготовок качество сварки снижается особенно заметно, главным образом из-за образования окислов в стыке.

5.3 Роликовая сварка

При роликовой (шовной) сварке заготовки соединяют непрерывным прочно-плотным сварным швом, состоящим из ряда точек, в котором каждая последующая точка частично перекрывает предыдущую.

В отличие от точечной сварки заготовки устанавливают между вращающимися роликами (или между роликами и оправкой), на которые действует усилие механизма давления Р и к которым подведён электрический ток. Толщина свариваемых листов составляет 0,2 - 3 мм.

Схема роликовой сварки представлена на рисунке 8.



Рисунок 8 Схемы роликовой контактной сварки а - односторонняя; б - двухсторонняя; в - разрез сварного шва

Шовная сварка, выполняемая при непрерывном движении деталей и непрерывном протекании сварочного тока, называется непрерывной. Такую сварку редко применяют из-за сильного перегрева поверхности деталей, контактирующей с роликами.



Заключение

Сварка обладает значительным преимуществом по сравнению с ранее применявшимся в строительстве соединением частей конструкций при помощи клепки: уменьшается расход металла, повышается производительность труда, сокращаются сроки строительства и его стоимость.

В работе были выполнены поставленные задачи. Рассмотрена классификация способов сварки по физическим признакам. Основным физическим признаком сварки является вид энергии, используемой для получения сварного соединения. По физическим признакам все виды сварки делятся на три класса: термический, термомеханический и механический. Самым распространенным способом сварки плавлением является электрическая дуговая сварка. Она широко применяется в производстве металлоконструкций и изделий из различных металлов и сплавов малой и средней толщины, удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях, а также при наложении швов в труднодоступных местах. Ручная сварка остается незаменимой при монтажных и ремонтных работах в стационарных и полевых условиях, и при сборке конструкций сложной формы. Наиболее распространенным способом сварки давлением является контактная сварка. Контактная сварка находит широкое применение в промышленности, что обусловлено следующими её преимуществами:

- высокой производительностью;

-возможностью механизации процесса;

-возможностью соединения различных металлов и сплавов, а также разнородных металлов; минимальной деформацией свариваемых изделий.



Список литературы

1. ГОСТ 2601-84. Сварка металлов. Термины и определения основных понятий...-- М.: ИПК Издательство стандартов, 1996.

2. Мутылина, И.Н. [Текст] Технология конструкционных материалов: учебное пособие / И.Н. Мутылина. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. - 167 с.

3. Быков, В.П. [Текст] Ручная дуговая сварка: методические указания / В.П. Быков, Б.Ф. Орлов, А.С. Поздеев. - Архангельск: РИО АГТУ, 1997. - 23 с.

4. Быков, В.П. [Текст] Контактная сварка: методические указания / В.П. Быков, А.С. Поздеев. - Архангельск: РИО АГТУ, 1997. - 13 с.

Размещено на Allbest.ru