От чего зависит способ сварки

Как варить металл и современные методы сваривания

Как варить металл и что же такое сварка? Это неразъемное соединение металлических деталей, которое образуется в результате их нагрева в месте стыковки до расплавленного состояния.
Расплавленный, а затем застывший материал называется сварным швом. Не все металлы поддаются свариванию. Отлично свариваются однородные материалы. Например, чугун с чугуном или медь с медью (причем, ручная дуговая сварка меди выполняется в защитном газе) . Хорошо варятся железо и хром, никель и медь. Это происходит потому, что эти металлы в жидком состоянии образуют хорошо смешивающиеся слои.

Сваривание трубы

Но если вы попытаетесь сварить медь со свинцом, то из этой затеи ничего не выйдет – эти металлы не смешиваются между собой. То же самое можно сказать о железе и магнии или алюминии и висмуте. При необходимости сварки таких пар в смесь добавляют металлы, которые способны раствориться с каждым компонентом пары. Иными словами, в наше время нет секретов, как сварить металлы.

Виды сваривания металла

• Сварка плавлением (электрическая дуговая сварка, электрошлаковая, электроконтактная, электронно-лучевая). При таком виде сварки расплавленные кромки деталей образуют общую сварочную ванну или, другими словами, общий объем расплава, из которого и образуется сварной шов. Источником нагрева места сварки металлов может быть электрическая дуга, плазма, горелка и т.д.

• Сварка давлением (сваривание взрывом, ультразвуком, холодная сварка). Соединение металлов в этом случае происходит за счет уменьшения расстояния между атомами металлов до такой величины, когда между ними начинают работать силы взаимного притяжения.

Наиболее распространена электро дуговая сварка металлов. На ее долю приходится 65% всех сварочных работ. Расплавление материалов при этом способе происходит под воздействием сварочной дуги. Она образуется между основным металлом, предназначенным для сваривания, и присадочным материалом — проволокой.

Способы дуговой сварки:

• полуавтоматическая. При полуавтоматической дуговой сварке механизирована подача сварочной проволоки в зону сваривания. Остальные операции (поддержание нужного размера дуги, придание шву требуемой формы, перемещение электрода по линии сварного шва и прекращение работ) выполняются человеком;

• автоматическая. Это слово говорит само за себя. Задача человека – тщательно подготовить детали к сварке, включить и выключить оборудование;

• ручная. Сущность ручной дуговой сварки заключается в выполнении всех операций вручную без применения каких-либо механизмов.

Виды дуговой сварки:

• сварка плавящимся электродом. Этот метод изобретен Славяновым: кромки изделия и присадка одновременно расплавляются под действием сварочной дуги. Образующийся при этом расплав (сварочная ванна) заполняет зазор между деталями, а после кристаллизации образует сварной шов. Для защиты расплава от окисления на присадку наносится покрытие, которое под действием высокой температуры превращается в шлак. Этот слой покрывает жидкий металл. Кроме защиты от кислорода, шлак выполняет еще одну функцию: в него переходят вредные примеси, содержащиеся в сварочной ванне;

• сварка неплавящимся электродом. Автор этого изобретения – Бернадос Н. Н. Чаще всего такой метод применяется при сварке меди, алюминия, наплавке твердых сплавов и сварке тонколистовой стали. Схема сварки неплавящемся электродом

Сварочная дуга

Сварочная дуга образуется следующим образом:

1. К электроду и основному металлу подводится электрический ток.
2. Сварщик прикасается присадкой к основному металлу, в результате чего возникает короткое замыкание в сварочной цепи. Поскольку электрод имеет неровную поверхность, контакт происходит в нескольких точках одновременно.
3. В зонах контакта металла и электрода возникает ток высокой плотности. Он расплавляет присадочный материал, появляется тонкая пленка жидкого металла.
4. При отведении присадки из жидкого расплава вытягивается шейка. В ней плотность тока, а, следовательно, и температура металла еще больше возрастают
5. Металл испаряется, шейка рвется, в ионизированном облаке паров и газов загорается сварочная дуга.

Напряжение сварочной дуги зависит от ее длины: чем короче дуга, тем ниже напряжение. Если используется металлический электрод, то для устойчивого горения дуги требуется напряжение 18-28 В. Для угольного электрода напряжение должно быть от 30 до 35 В.

Сварочная дуга, которая горит равномерно, без обрывов и не требует повторного зажигания, называется устойчивой.

Устойчивость дуги зависит от:

1. рода электрического тока (постоянный или переменный);
2. состава покрытия присадочного материала;
3. полярности. При постоянном токе полярность может быть прямой и обратной.

• прямая полярность – минус источника тока подается на электрод;
• обратная полярность – минус подсоединяется к изделию.

Влияние полярности тока на температуру

4. длины дуги. Это величина, равная расстоянию от торца электрода до поверхности ванны сварочной. Для стального электрода эта величина не превышает 2-4 мм (короткая дуга). Это оптимальная величина, которая обеспечивает устойчивость горения и хорошее качество сварного соединения.

Длина, равная 4-6 мм считается нормальной, а более 6 мм – длинной. Длинная дуга – плохой вариант: она неустойчива, плавление металла проходит неравномерно, капли расплава, стекающие с электрода, окисляются и насыщаются азотом. Шов получается пористым, неровным. Появляются непроваренные участки.

Как правильно варить дуговой сваркой

1. Подготовительные работы

• правка деталей, предназначенных для сварки. Править металл можно как вручную, на правильных плитах, так и на различных листоправильных вальцах. Сильно деформированный металл иногда требует правки в горячем состоянии.
• разметка. Лист размечают согласно чертежу (или эскизу) с помощью измерительных инструментов и шаблонов. Размечая деталь, следует иметь в виду, что в процессе сваривния детали укорачиваются. Поэтому надо на каждый поперечный стык оставлять припуск в 1 мм, а на каждый погонный метр продольного шва – 0,1-0,2 мм;
• резка;

2. Очистка

Этой операции подвергаются основной материал и присадочный. На них не должно быть окалины, ржавчины, масел и других загрязнений: даже незначительное количество загрязнений приведет к дефектам сварного шва, снижению его прочности, а следовательно и надежности готового изделия. Особенно тщательно следует очистить кромки и прилегающих к ним зон шириной 25-30 мм;

3. Подготовка кромок

Форма кромок зависит от толщины листа. Они должны быть притуплены одинаковым радиусом, а зазор между ними должен быть одинаковым по всей длине будущего сварного шва;

5. Сборка

На эту операцию приходится до 30% общей трудоемкости. Для удобства используются различные шаблоны и инструменты, и сварочные приспособления. Сборку надо производить в той последовательности, чтобы предыдущая операция не мешала выполнению последующей.

Уроки дуговой сварки.

• Возбуждение сварочной дуги. Зажечь дугу можно двумя способами:

1. чиркнув электродом по основному металлу, как спичкой;
2. прикоснувшись к изделию концом электрода.

В обоих случаях электрод надо быстро отвести в сторону на расстояние 2-4 мм.

Дуга загорелась. Чтобы постоянно поддерживать ее постоянную длину, надо по мере расплавления электрода постепенно опускать его. Длину дуги надо держать как можно короче, иначе она потеряет устойчивость со всеми вытекающими последствиями.

• Если в процессе сварки дуга все-таки оборвалась, то ее зажигают, продвинув электрод вперед от точки обрыва, а затем возвращаются, заваривают кратер и продолжают шов.

• Как правильно держать электрод для того чтобы качественно варить металл? Обычно электрод должен быть расположен вертикально или наклонно по отношению ко шву, углом вперед или назад. При расположении электрода углом назад получается глубоко проваренный неширокий, аккуратный шов. Такое положение предпочтительно при сварном соединении в тавр, угол или внахлест. Опытные сварщики так же выполняют и стыковые соединения.

Планируете варить алюминиевую конструкцию аргонодуговой сваркой? Как это делается, подробно описано в нашей статье.

Выбор режима ручной дуговой сварки

От правильно выбранных режимов зависит стабильность сварочного процесса и качество сварки. Различают основные и дополнительные параметры.

Основные параметры:

• Свойства сварочного тока (величина, полярность и род);
• Диаметр электрода;
• Напряжение дуги;
• Скорость сварочного процесса;
• Величина поперечных колебаний торца электрода.

Дополнительные параметры:

• величина вылета электрода;
• состав и толщина покрытия электрода;
• положение электрода в пространстве;
• начальная температура основного материала;
• положение изделия в процессе сварки.

Рассмотрим подробнее основные параметры

1. Выбор сварочного тока

Параметр зависит от диаметра электрода, его покрытия, пространственного положения шва. От величины тока зависит глубина провара и производительность сварки. Если сила тока будет недостаточной, то количество тепла, поступающего в ванну, будет маленьким, в результате чего появятся непровары, ухудшающие качество соединения деталей.

Дуговая электросварка слишком большим током тоже может приводить к непровару, так как быстро плавящийся электрод может попадать на еще нерасплавленный основной металл. Рекомендуемый ток указывается на электродных упаковках.
Кроме того, следует учитывать следующее:

• при использовании тока обратной полярности глубина провара больше почти на 50%, чем при прямой полярности. Поэтому при сварке тонколистовых и легированных материалов следует применять ток обратной полярности во избежание пережогов и перегревов;
• при сварке переменным током глубина провара будет меньше на 15-20%, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

Выбор сварочного тока и диаметра электрода

2. Выбор диаметра электрода

Диаметр электрода зависит от толщины кромок свариваемого материала и разделки кромок. Если кромки не разделаны, то диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Так, например, при толщине металла 20 мм испльзуют электроды диаметром 12 мм.

Если же кромка разделана, то независимо от марки металла корневой шов выполняется электродом в 2- 3 мм. Последующие слои накладываются диаметром 4 мм. Правда, если толщина основного металла превышает 12 мм, допускается последующие слои выполнять пятимиллиметровым электродом.

Выбор корневого электрода зависит от типа соединения. Но главный принцип выбора – чем ответственнее шов, тем меньший диаметр электрода применяется.

3.Скорость сварки должна быть оптимальной

Чем выше скорость, тем уже шов. Но при слишком высокой скорости могут быть несплавления основного металла с металлом шва.

4.Величина колебаний

Величина поперечных колебаний электрода должна находиться в пределах 2,5-3 диаметра электрода – это оптимальный вариант для получения качественного сварного шва.

Источник

От чего зависит способ сварки

Классификация основных способов сварки

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения деталей путем применения местного нагрева.

Сварным соединением называется соединение двух деталей, полученное при помощи сварки.

Сварной шов — это часть сварного соединения, которая образуется из расплавленного в процессе сварки и затем затвердевшего металла.

Основным металлом называют металл, из которого изготовлены свариваемые детали.

При газовой сварке в месте расположения шва расплавляется основной металл, но в большинстве случаев его бывает недостаточно для заполнения всего зазора между деталями. Поэтому в сварочное пламя вводят присадочную проволоку, которая, расплавляясь, дает дополнительный жидкий металл, образующий шов. Сечение шва делают большим по толщине, чем толщина основного металла. Это утолщение называют усилением шва.

В месте нагрева деталей сварочным пламенем образуется углубление в расплавленном металле, которое называют сварочной ванной.

В настоящее время существует много различных способов сварки, которые классифицируются по различным признакам. В зависимости от степени нагрева свариваемый металл может быть или в пластическом (тестообразном), или в расплавленном (жидком) состоянии. В первом случае для осуществления процесса сварки необходимо приложить к свариваемому изделию усилие (сварка давлением). Во втором случае расплавленный металл свариваемых изделий и присадочного прутка образует общую ванну, после остывания которой сварка оказывается осуществленной без применения механического воздействия (сварка плавлением).

Следует отметить, что имеются такие способы сварки, при которых металл либо совсем не нагревается (холодная сварка глубокой деформацией), либо нагревается до температур, при которых металл не доводится даже до пластического состояния (ультразвуковая сварка).

Кузнечная (горновая) сварка

В процессе кузнечной сварки концы, подлежащие соединению, нагреваются в горне до температуры пластического состояния, затем накладываются один на другой и проковываются. Для удаления окалины разогретые концы посыпают кварцевым песком. При проковке шлак * легко выдавливается из места соединения. Кузнечная сварка, самый старый способ сварки, в настоящее время применяется редко.

Газопрессовая сварка. При газопрессовой сварке кромки свариваемых деталей (стержней, труб, рельсов) нагреваются ацетиленокислородным пламенем сразу по всему контуру специальной многопламенной горелкой до пластического состояния или до оплавления и затем подвергаются сжатию. Основным достоинством газопрессовой сварки является ее высокая производительность. Газопрессовая сварка применяется при строительстве магистральных газопроводов и нефтепроводов, на железнодорожном транспорте и в машиностроении.

Контактная сварка. Детали включаются в электрическую цепь сварочной машины и через них пропускается электрический ток большой силы и низкого напряжения. При этом в месте стыка (контакта) деталей выделяется тепло, которое нагревает их до расплавления или до пластического состояния. Контактная сварка, в зависимости от способа выполнения, подразделяется на стыковую, точечную и шовную.

Стыковая сварка применяется для соединения стержней, рельсов, труб и т. п. Детали закрепляются в электродах. Затем через них пропускается ток от вторичного витка 4 сварочного трансформатора. В месте соприкосновения стержни нагреваются до высокой температуры, после чего ток выключают, стержни сжимаются и детали свариваются.

Точечная сварка применяется для сварки листовых конструкций, у которых сварные соединения должны быть прочными, но не плот-

Шлаками называют неметаллический покров на поверхности расплавленного или нагретого до пластического состояния металла. Обычно шлаки представляют собой сплавы различных окислов металлов и металлоидовными. При точечной сварке свариваемые листы укладывают кромками друг на друга и зажимают между медными электродами. Через электроды пропускается электрический ток от сварочного трансформатора. Металл под электродами сильно нагревается и при сжатии электродов сваривается в одной точке.

Роликовая сварка применяется для сварки листовых конструкций, требующих плотно-прочных швов, например различных резервуаров, баков, тары и других изделий массового производства. При роликовой сварке свариваемые листы укладывают так же, как при точечной сварке, между электродами, имеющими форму роликов. К роликам подводится электрический ток. При прохождении листов между вращающимися роликами образуется сплошной плотный шов, состоящий из ряда сварных точек, перекрывающих друг друга.

Сварка трением осуществляется на станках, подобных токарным. После закрепления двух цилиндрических деталей в зажимах станка детали сводятся вплотную и с большой силой прижимаются друг к другу. При быстром вращении одной из деталей в месте стыка их в результате трения выделяется большое количество тепла, достаточное для нагрева концов деталей до пластического состояния (1200° С).

После нагрева до такой температуры вращение прекращается, детали дополнительно сжимаются и свариваются.

Этот способ сварки впервые предложен в 1956 г. рабочим-новатором А. И. Чудиковым.

Термитной сваркой называется процесс получения неразъемного соединения деталей, при котором для нагрева металла применяется термит.

Термит представляет собой механическую смесь, состоящую из 78% (по весу) порошка железной окалины (окись железа) и 22% порошка чистого алюминия. При сгорании термита развивается температура около 3000° С. В результате сгорания термита получается расплавленное железо и жидкий шлак (окись алюминия), которыми заливают свариваемые концы. Сжигание термита производится в огнеупорном тигле.

Различают термитную сварку давлением и термитную сварку плавлением. В первом случае жидкий металл и шлак выливаются из тигля в форму, в которой установлены концы свариваемых деталей. Нагретые до пластического состояния стержни сжимаются специальным прессом и свариваются.

Во втором случае свариваемые части заформовываются с зазором, величина которого зависит от размера сечения свариваемых концов. Этот зазор заполняется жидким металлом из тигля; давление при этом не прикладывается.

Термитная сварка нашла применение при сварке трамвайных рельсов, при ремонте и изготовлении некоторых судовых Деталей и т. д.

Электрическая дуговая сварка. При дуговой электрической сварке тепло, необходимое для расплавления металла в месте сварки, выделяется электрической дугой, возникающей между электродом и основным металлом при пропускании через них электрического тока. Электрод (угольный или металлический) закрепляется в специальном электрододержателе. В дуге развивается температура порядка 6000° С, которая обеспечивает быстрый нагрев и расплавление свариваемых кромок. При дуговой сварке угольным электродом (способ Бенардоса) заполнение шва производится расплавленным металлом присадочной проволоки, которая вводится в зону дуги.

При дуговой сварке металлическим электродом (способ Славянова) соединение кромок осуществляется расплавленным металлом электрода. Процесс сварки может вестись как на постоянном, так и на переменном токе. Для защиты расплавленного металла от насыщения азотом и кислородом воздуха, для обогащения металла шва необходимыми примесями и повышения устойчивости горения дуги при сварке применяются металлические электроды, покрытые слоем специальной обмазки. Для питания дуги электрическим током применяются сварочные генераторы постоянного тока и трансформаторы переменного тока. Простота процесса, значительная скорость сварки и высокое качество соединения обеспечили повсеместное внедрение электродуговой сварки.

Более прогрессивным методом является автоматическая электросварка, при которой дуга горит под слоем сыпучего флюса, выполняющего ту же роль, что и обмазка при ручной электродуговой сварке.

Электрошлаковая сварка

Свариваемые кромки деталей располагают вертикально с некоторым зазором. В зоне сварки к кромкам прижаты медные башмаки, которые удерживают флюс и расплавленный металл сварочной ванны. Башмаки движутся снизу вверх одновременно с механизмом сварочной головки, непрерывно подающим сварочную проволоку в зону сварки. Дуга вначале горит между проволокой и металлом ванны. Когда флюс расплавится, дуга гаснет, и ток проходит только через расплавленный флюс. При установившемся процессе сварки флюс, проволока и кромки свариваемого металла расплавляются теплом, выделяющимся при прохождении тока через расплавленный флюс. По мере заполнения зазора металлом формирующие башмаки поднимаются вверх. Жидкий металл затвердевает снизу вверх и образует шов 6.

При электрошлаковой сварке достигается очень высокая производительность труда.

Этот способ сварки разработан институтом электросварки им. Е. О. Патона.

Дуговая сварка в среде защитного газа. Для защиты наплавленного металла от воздействия окружающего воздуха дуговую электросварку иногда производят в струе защитного газа. Сущность способа дуговой сварки в струе защитного газа заключается в том, что на дугу и свариваемое место направляется струя газа, защищающего металл от воздействия воздуха.

В качестве защитного газа можно применять водород, гелий, аргон и углекислый газ.

Углекислый газ как наиболее дешевый защитный газ находит все большее применение при сварке углеродистых сталей.

Атомно-водородная сварка

При этом способе деталь расплавляется так называемой дутой косвенного действия, горящей между двумя вольфрамовыми электродами. Электроды вставлены в мундштуки, по которым к дуге подается водород. Сварочный шов получается путем расплавления присадочной проволоки. Таким образом, дуга и жидкий металл сварочной ванны защищены водородом от вредного воздействия кислорода и азота воздуха. Водород под действием тепла дуги расщепляется на атомы, а последние, соприкасаясь с более холодным металлом, вновь соединяются в молекулы. При этом выделяется большое количество тепла, идущее на дополнительный нагрев металла сварочной ванны. Этот способ сварки применяют для сварки металлов небольшой толщины и для сварки цветных металлов.

Газовая сварка. Этот способ сварки состоит в том, что для нагревания и плавления свариваемых кромок используется пламя, полученное при сжигании горючего газа в смеси с кислородом. Для получения газокислородной смеси, ее сжигания и выполнения сварки применяют специальные сварочные горелки.

Газовая сварка относится к сварке плавлением. Заполнение зазора между кромками свариваемых деталей производится в основном расплавленным металлом присадочной проволоки.

Газовая сварка широко применяется в различных отраслях народного хозяйства, особенно при сварке стали малой толщины, цветных металлов, чугуна и при ремонте различных Деталей.

Пламя газовой горелки используется для правки покоробленных деталей, для очистки металла от ржавчины, окалины, краски, для поверхностной закалки различных деталей, а также может быть использовано для местной термической обработки сварных швов. С помощью газового пламени часто наносят различные покрытия (металлические и неметаллические) на поверхности деталей.

Особое и совершенно самостоятельное место в промышленности занимает кислородная (газовая) резка металлов.

1. Какое значение имеет сварка в народном хозяйстве и ее преимущества перед клепкой?

2. Кто из русских ученых и инженеров является основоположником способов электрической сварки металлов?

3. Что называют сварным соединением, сварным швом, основным и присадочным металлом, сварочной ванной, усилением шва?

4. Какие способы сварки вы знаете?

5. В чем сущность процесса газовой сварки?

6. В чем сущность процесса термитной сварки?

7. Как осуществляется кузнечная сварка?

8. В чем сущность газопрессовой сварки?

9. В чем сущность автоматической сварки под флюсом?

10. Как осуществляется атомноводородная сварка?

11. Какие существуют способы контактной сварки и их сущность?

Источник