Основные конструкционные материалы, их свойства и области применения

Раздел 5. Основы сварочного производства

1. Сварка, физические основы получения сварного соединения её преимущества и области применения. Понятие свариваемости

Сварка - процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.

Физической основой процесса сварки является образование прочных связей между атомами или молекулами на поверхности соединяемых заготовок. Для получения сварного соединения соединяемые поверхности необходимо сблизить на расстояния, в пределах которых начинают действовать межатомные силы сцепления, обеспечить необходимую температуру, время контакта и качество поверхности. Для этого определенным образом требуется активизировать свариваемые поверхности путем введения определенной энергии. Энергия может быть сообщена в виде теплоты, упруго-пластической деформации, электронного, ионного, ультразвукового облучения.

Подведенная энергия способствует тому, что на поверхности соединяемых заготовок в металлических материалах образуются общие кристаллические решетки, а на поверхности пластмасс объединяются молекулярные цепи.

Способность материала образовывать сварное соединение называется свариваемостью. Свариваемость материала оценивается степенью соответствия свойств сварного соединения одноименным свойствам основного металла и склонностью к образованию сварочных дефектов (трещины, шлаковые включения и др.).

По признаку свариваемости делят на хорошо, удовлетворительно и плохо свариваемые.

Свариваемость материалов определяется, главным образом, типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении.

При хорошей свариваемости двух металлов в месте соединения образуется твердый раствор с решеткой одного из металлов, либо интерметаллидное соединение.

2.Классификация способов сварки

К сварке плавлением относятся виды сварки, осуществляемой плавлением без приложенного давления. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и «джоулево тепло». В этом случае расплавы соединяемых металлов объединяются в общую сварочную ванну, а при охлаждении происходит кристаллизация расплава в литой сварочный шов.

При термомеханической сварке используется тепловая энергия и давление. Объединение соединяемых частей в монолитное целое осуществляется за счет приложения механических нагрузок, а подогрев заготовок обеспечивает нужную пластичность материала.

К сварке давлением относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. В результате металл деформируется и начинает течь, подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязненный слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала, которые и вступают в химическое взаимодействие.

3.Дуговая сварка. Понятие о сварке дугой прямого, косвенного и комбинированного действия. Сварка плавящимся и неплавящимся электродами. Сущность сварки при прямой и обратной полярности

Дуговой сваркой называют сварку плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Электрическая дуга представляет собой длительный устойчивый электрический разряд между двумя электродами в ионизированной атмосфере газов и паров металла.

По принципу работы различают дугу прямого, косвенного и комбинированного действия. Дугой прямого действия называют дуговой разряд, происходящий между электродом и изделием. Косвенная дуга представляет собой дуговой разряд между двумя электродами; комбинированная дуга - это сочетание дуги прямого и косвенного действия. Примером комбинированной дуги служит трехфазная дуга, у которой две дуги электрически связывают электроды с изделием, а третья горит между двумя электродами, изолированными друг от друга.

Дуговая сварка может осуществляться плавящимся и неплавящимся электродами. При сварке плавящимся электродом шов образуется вследствие расплавления электрода и кромок основного металла. При сварке неплавящимся электродом шов заполняется металлом свариваемых частей.

К плавящимся электродам относят стальные, медные и алюминиевые, к неплавящимся -- угольные, графитовые (графитизированные -- искусственный графит) и вольфрамовые (вольфрамовые сплавы).

При горении дуги плавящийся электрод по мере его плавления необходимо непрерывно подавать в дугу (в зону сварки) и поддерживать по возможности постоянную длину дуги. Длиной дуги называют расстояние между концом электрода и поверхностью кратера (углубления) в сварочной ванне. При горении дуги с неплавящимся электродом длина дуги с течением времени возрастает и в процессе сварки необходима корректировка.

Полярность при сварке бывает двух типов:

· Прямая, когда электроны движутся к заготовке (минус на электроде). Дуга получается компактной, плотной.

· Обратная, когда к держателю подключают плюс. Формируется рассеянная область контакта дуги с металлом.

Основное отличие сварки прямой и обратной полярности - локализация точки максимального разогрева. При прямой сильнее нагревается металл, при обратной - расходник. Способ подключения полюсов зависит от толщины и физических свойств металла.

При применении постоянного тока различают дугу прямой и обратной полярности. При прямой полярности отрицательный полюс силовой цепи - катод - находится на электроде, а положительный полюс - анод - на основном металле. При обратной полярности «плюс» на электроде, а «минус» на изделии.

4.Понятие об электрической дуге и её свойствах. Процесс зажигания дуги

Электрическая дуга - мощный стабильный электрический разряд в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Электропроводность газа дуги обусловлена заряженными частицами - электронами и ионами, возникающими в результате его термической ионизации. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе горения .

Зажигание сварочной дуги

Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силу сварочного тока, которая зависит от марки электрода, типа сварного соединения, положения шва в пространстве и др.

Зажигание (возбуждение) производиться двумя способами. При первом способе электрод подводят перпендикулярно к месту начала сварки и после сравнительно легкого прикосновения к изделию отводят верх на расстояние 25 мм. Второй способ напоминает процесс, зажигая спички. При обрыве дуги повторное зажигание ее осуществляется впереди кратера на основном металле с возвратом к наплавленному металлу для вывода на поверхность загрязнений, скопившихся в кратере. После этого сварку ведут в нужном направлении.

5.Электроды и сварочная проволока. Назначение электродных покрытий, их примерные составы. Типы и марки электродов

Сварочный электрод - стержень из электропроводного материала, предназначенный для подвода электрического тока, образования дуги, перемещения ее в пространстве и формирования сварочного шва.

Неплавящийся электрод - электрод, не расплавляющийся в процессе сварки.

Плавящийся электрод - электрод, расплавляющийся при сварке и служащий присадочным материалом.

Покрытый электрод - плавящийся электрод, на поверхности которого есть покрытие, неразрывно связанное с металлом электродного стержня.

Покрытие электрода - смесь веществ, нанесенная на металлический стержень для улучшения ионизации дуги, защиты расплавленного металла от воздуха, металлургической обработки сварочной ванны.

Сварочная проволока - проволока, используемая в качестве плавящегося электрода или присадочного металла при сварке плавлением.

Покрытие служит для:

· поддержания устойчивого горения дуги;

· защиты зоны сварочной дуги от воздействия кислорода и азота воздуха;

· образования на поверхности сварочной ванны и металле шва слоя шлака, который защищает сварочную ванну от доступа воздуха и замедляет охлаждение шва;

· раскисления металла шва;

· легирования металла шва.

В состав качественных электродных покрытий входят следующие группы компонентов: стабилизирующие, газообразующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие (клеящие).

Стабилизирующие (ионизирующие) - это мел, поташ, известняк, древесный уголь и др. Имеют самый низкий потенциал ионизации порядка 4,2 В, а в дуговом промежутке при сварке стальными электродами выделяется много паров железа с потенциалом ионизации 7,8 В. Если к газу с высоким потенциалом ионизации добавить небольшое количество паров с низким потенциалом, то понизится средний эффективный потенциал ионизации газовой смеси, резко увеличится степень её ионизации и электропроводность, дуга будет гореть устойчиво.

Газообразующие - древесная мука, хлопчатобумажная пряжа, крахмал, пищевая мука, декстрин, оксицеллюлоза, мрамор, магнезит и др. Они при сгорании создают газовую защиту, предохраняя тем самым зону сварочной дуги от попадания кислорода и азота из воздуха.

Шлакообразующие - титановый концентрат, марганцевая руда, полевой шпат, мрамор, кварцевый песок, доломит, ильменитовый и рутиловый концентраты, гранит и др. Защищают расплавленный металл сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха, а при затвердевании ванны образовавшийся механический покров шлака замедляет охлаждение шва.

Раскисляющие - кремний, марганец, а также титан, алюминий, графит и др. Находясь в расплавленном металле шва, легко вступают в химическое соединение с кислородом и в виде окислов всплывают на поверхность сварочной ванны, переходя затем в шлак. Раскислители чаще всего вводят в покрытие в виде ферросплавов: ферросилиция, ферромарганца, ферротитана и др.

Легирующие - хром, никель, молибден, вольфрам, титан, марганец, кремний и др. Выводятся в покрытие также в виде тонко измельченных ферросплавов для получения высококачественного наплавленного металла, чаще для повышения механических свойств, износостойкости, жаростойкости, сопротивления коррозии.

Связующие - водные растворы силиката натрия и калия, называемые жидким стеклом, декстрин. Связующие придают компонентам вид пасты и прочно удерживают покрытие на стержне.

Формовочные добавки - бетонит, каолин, декстрин, слюда и др. Вещества придают покрытию лучшие пластические свойства.

С целью повышения производительности сварки в покрытие добавляют железный порошок, содержание которого может составлять до 60% массы покрытия.

§ «У» - основная часть конструкционного черного металла с относительно низким содержанием легирующих добавок и средним показателем присутствия углерода. Качество сварного шва должно выдерживать усилие на разрыв около 600 Мпа.

§ «Т» -- специфические электроды для легированных марок стали, обладающих тугоплавкостью и большой теплоустойчивостью, усилие разрыва шва около 600 МПа;

§ «Н» - электроды для дополнительной наплавки на поверхность дополнительного слоя металла, при этом металл может обладать специальными свойствами;

§ «А» - электрод для сварки условно пластичных сплавов и металлов.

Размещено на Allbest.ru