Механическая электродуговая сварка. Механическая сварка
12.1.3. Термомеханические и механические методы сварки.
Сварка термомеханическими и механическими методами осуществляется под давлением (сварка давлением). При термомеханических методах происходит оплавление, при механических методах оплавления нет, сварка происходит при пластическом течении металла.
Высокое давление в зоне контакта свариваемых заготовок обеспечивает на первой стадии - устранение оксидных пленок и смятие микронеровностей. На второй стадии формируется физический контакт заготовок, при котором заготовки сближаются так, что между атомами металла контактирующих поверхностей возникает межатомное взаимодействие за счет объединения электронных оболочек, т.е. создаются металлические связи и, таким образом, образуется сварное соединение.
Термомеханические методы сварки.
К этим относятся контактная сварка, диффузионная сварка в вакууме, сварка трением.
При стыковой сварке соединение свариваемых заготовок происходит по всей площади стыкуемых поверхностей.
При контактной точечной сварке заготовки соединяют отдельными участками сварки – точками. Листовые заготовки собирают внахлестку, зажимают между электродами, связанными со сварочным трансформатором, при включении которого заготовки нагреваются кратковременным (0,01…0,5с) импульсом тока до появления расплавленной зоны в месте контакта деталей. Усилие после выключения тока сохраняется некоторое время для того, чтобы кристаллизация расплавленного металла проходила под давлением, что предотвращает усадочные дефекты - трещины и рыхлоты.
При шовной контактной сварке получают непрерывный шов на собранных внахлест листовых заготовках. Электродами являются контактные ролики, с помощью которых осуществляется протягивание заготовки.
Сварка трением образует соединение в результате пластического деформирования заготовок, предварительно нагретых в месте контакта теплотой, выделившейся в результате трения. Таким образом, основное отличие этой технологии в способе нагрева свариваемых поверхностей - за счет работы трения. Свариваемые заготовки устанавливают в зажимах машины трения, один из которых неподвижен, а второй может совершать вращательное и поступательное (вдоль оси заготовок) движения (рис. 12.1). При нагреве поверхностей до температуры пластического течения вращение заготовок прекращают и их дополнительно сдавливают (осадка), при этом образуется сварное соединение. Эта технология отличается высокой производительностью, простотой, возможностью соединять различные материалы. Ее, в частности, широко применяют при производстве концевого режущего инструмента (сверл), соединяя режущую часть инструмента из дорогой быстрорежущей стали с хвостовой частью из конструкционной стали.
Диффузионная сварка в вакууме производится при нагреве заготовок с помощью высокочастотных индукторов до температуры рекристаллизации свариваемых металлов и сжатии заготовок. В результате происходит взаимная диффузия в поверхностных слоях контактирующих материалов и прочное соединение частей. При диффузионной сварке детали не коробятся и соединения можно получить с высокой точностью размеров; свариваются разнородные металлы, металлы и сплавы с неметаллами.
Механические методы сварки. К ним относятся холодная сварка, сварка взрывом, ультразвуковая сварка.
Холодная сварка производится при больших давлениях (150…1000 МПа), она применяется для соединения заготовок из пластичных металлов. В зоне контакта свариваемых частей возникают деформации, приводящие к разрушению поверхностных пленок, смятию микронеровностей и, в конце концов, к сближению материала частей до межатомных расстояний и образованию металлических связей. Холодную сварку применяют при изготовлении радио- и электротехнических деталей, для соединения заготовок из цветных металлов и сплавов в электромонтажном производстве, для сварки проводов, токопроводящих шин и т.п.
Сварка взрывом применяется в основном для получения биметаллических изделий. Соединение частей (листов) происходит при направленном взрыве заряда взрывчатого вещества, вызывающем соударение этих частей. В поверхностных слоях соударяющихся частей металл течет подобно жидкости, происходит взаимная диффузия и заготовки свариваются. Таким образом, сварка взрывом в принципе аналогична холодной сварке; необходимое для сварки давление здесь обеспечивается за счет взрывной волны.
Ультразвуковая сварка основана на преобразовании ультразвуковых колебаний в механические. Для создания колебаний используют магнитострикционный эффект (изменение длины под действием магнитного поля), создавая высокочастотное магнитное поле. Колебания с ультразвуковой частотой вызывают в свариваемых частях деформации сдвига с одновременным нагревом локальных участков. Этот эффект, в сочетании с относительно небольшим усилием сдавливания, приводит к соединению поверхностей заготовок. Технологию применяют для соединения однородных и разнородных материалов (металлов, пластмасс).
studfiles.net
Механическая электродуговая сварка
КАКИЕ МЕТОДЫ СВАРКИ МЕТАЛЛА СУЩЕСТВУЮТ?
Оглавление:
· Немного общей информации
· Распространенные способы сварки
· Механическая электродуговая сварка
· Способ автоматической сварки под флюсом
· Электрошлаковый способ сварки
· Электронно-лучевой и плазменный методы сварки
· Сварка давлением
· Диффузионный и контактный электрический способы сварки
· Стыковой метод сварки
· Шовный метод соединения металлов
НЕМНОГО ОБЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ
В настоящее время для создания отличного сварного соединения необходимо использовать 1 из 2-х методов – это работа под давлением и связанная с плавлением. Оба эти вида достаточно широко распространены в современном мире.
Сварка плавлением включает в себя электродуговую сварку, лазерную, ванную, электрошлаковую, плазменную и импульсно-дуговую. 2-ая группа является более специфической. Сюда относится сварка контактная, газопрессовая, ультразвуковая, дисперсионная и другие подобные виды. Разумеется, здесь речь пойдет о кратком описании всех типов, которые были упомянуты выше. Начать стоит с самого популярного способа сварки, а именно со сварки плавлением.
Вернуться к оглавлению
Сварка является технологическим процессом, с помощью которого можно получить неразъемное соединение металла благодаря образованию связи атомов.
Сварка неплавящимся электродом.
Сварное соединение выполняется в 2 стадии. На начальном этапе надо сблизить основания свариваемого металла на расстояние, где могут взаимодействовать силы атомов. Обыкновенные металлы при домашней температуре нельзя соединить сжатием, даже прилагая большие усилия. Материалы не могут соединиться из-за их твердости. В процессе сближения контакт будет происходить лишь в малом количестве точек, при этом неважно, насколько тщательно они будут обработаны.
На процесс сварки оказывает влияние загрязнение основания – пленки жира, окислы, слои примесей атомов. В связи с этим качественная сварка в домашних условиях не может быть выполнена. Поэтому получить физический контакт между соединяемыми элементами по всему основанию можно с помощью расплавления материала или за счет пластических деформаций, которые появятся в результате приложенного давления. На второй стадии надо будет выполнить электронное взаимодействие между атомами оснований, которые соединяются. В дальнейшем основание раздела между заготовками исчезнет и произойдет атомная или ионная связь металла.
Различается 3 класса сварки: сварка с помощью плавления, давления, а также сварка термомеханическим способом.
Подробная классификация способов сварки изображается на рис. 1.
Рисунок 1. Классификация способов сварки.
К сварке с помощью плавления можно отнести виды сварки, которые осуществляются плавлением без прикладываемого давления. Главными источниками теплоты во время сварки этим способом являются пламя газов, дуга сварки, лучевые энергетические источники и джоулево тепло. В этом способе расплавы заготовок, которые соединяются, будут объединены в единую ванну сварки. В случае охлаждения произойдет кристаллизация расплава в единый шов.
В процессе термомеханической сварки применяется энергия тепла и давление. Объединить элементы в монолитную конструкцию можно, для чего понадобится приложить нагрузки механическим способом. Подогрев изделий при этом сможет обеспечить необходимую пластичность элементов.
К сварке с помощью давления стоит отнести операции, которые осуществляются в процессе механической энергии в форме давления. Впоследствии материал будет деформироваться и течь. Металл переместится вдоль основания раздела, унеся с собой слой загрязнения. В непосредственный контакт вступят новые слои материала, которые находятся под химическим взаимодействием.
Распространенные способы сварки
Вернуться к оглавлению
Механическая электродуговая сварка
Электродуговая сварка.
Подобный метод сварки на сегодняшний день наиболее часто используется во время сварки металлов. В таком случае тепловым источником будет электродуга между несколькими электродами, одним из них будет материал, который сваривается. Электродуга является разрядом большой мощности в среде газа.
Существует 3 стадии зажигания дуги: замыкание электрода на обрабатываемый материал, отвод электрода на 4-6 мм и образование стабильного разряда дуги. Короткое замыкание выполняется для того, чтобы разогреть электрод до температуры экзоэмиссии электронов с повышенной интенсивностью.
На следующем этапе электроны, которые эмитируются электродом, будут набирать скорость в электрическом поле и вызовут ионизацию промежутка катод-анод, что приведет к образованию разряда дуги. Электродуга – это сосредоточенный источник тепла, который имеет температуру до 6000°С. Токи сварки достигнут 2-3 кА в процессе напряжения дуги 10-40 В. Чаще всего применяется дуговой вариант сварки электродом с покрытием. Это механическая сварка электродом, который покрыт необходимым составом. Он имеет следующее назначение:
1. Газовая и шлаковая защита расплава от атмосферы.
2. Легирование шва металла всеми нужными элементами.
В состав покрытия входят следующие вещества:
· шлакообразующие, которые предназначаются для защиты оболочкой расплава;
· вещества, которые образуют газы CO2, Ch5, CCl4;
· легирующие, которые улучшают свойства шва;
· раскислители, которые используются для того, чтобы устранить окислы железа.
На рис. 2 можно увидеть ручную сварку покрытым электродом, где:
Рисунок 2. Ручная сварка покрытым электродом.
1. Детали, которые свариваются.
2. Шов сварки.
3. Флюсовая корка.
4. Защита от газа.
5. Электрод.
6. Электродное покрытие.
7. Ванна сварки.
Между элементами (1) и электродом (5) будет разжигаться дуга. Обмазка (6) в процессе расплавления обеспечит защиту шва от окисления, а также будет повышать его свойства с помощью легирования. Под влиянием температуры дуги электрод и обрабатываемый материал будут плавиться, создавая ванну (7), которая в будущем превратится в шов (2). Последний будет покрыт флюсовой коркой, которая предназначается для его защиты. Для того чтобы была возможность получить качественный шов, сварщик должен расположить электрод под углом приблизительно 15-20° и перемещать его в процессе расплавления вниз, чтобы сохранять непрерывную длину дуги вдоль оси шва для заполнения разделочного шва металлом. Чаще всего в этом способе кончиком электрода выполняют поперечные колебания, чтобы получить валики необходимой ширины.
Вернуться к оглавлению
pdnr.ru
Механизированная сварка
Механизированная или частично механизированная сварка является дуговой сваркой, в процессе которой плавящийся электрод и дуга перемещается при использовании каких-либо механизмов или специального оборудования, специально для этого предназначенного. При помощи данного вида сварки можно выполнять любые сварочные работы, к примеру с нахлестом, тавровые, угловые или стыковые.
Автоматическая дуговая сварка является дуговой сваркой, при которой дуга возбуждается. А электрод подается при помощи только механизированного оборудования, а человек при этом вообще не принимает участие в процессе. Все происходит по четко заданной программе, которая продумывается заблаговременно.
Механизированная и автоматическая дуговая сварка подразумевает образование соединения особым образом. Происходит расплавление электрода и сварочного металла, капли данных материалов отправляются в сварочную ванну, а затем тщательно перемешиваются между собой. Жидкий металл обрабатывается при использовании дополнительного флюса или газа, что кардинально отличает автоматизированную сварку от ручной. Металл начинает раскисляться и легироваться. Дуга перемещается около свариваемых кромок, а также приходит в движение сварочная ванна.
Существует несколько видов сварки механизированного типа
- Углекислый газ и его смеси с кислородом сваривает стальные изделия со средним содержанием углерода и низколегированные. Углекислый газ способен варить сталь при толщине 40 мм, а смеси газов могут справиться с толщиной 80 мм. В процессе сварки газы повышают ее свойства и характеристики. Углекислый газ расходуется в зависимости от того, насколько мощная дуга участвует в процессе, типа электрода, какие потоки воздуха в помещении в процессе сваривания металлов.
- Инертные газы, к примеру аргон или гелий, способен сваривать алюминиевые детали, магниевые, титановые или различные сплавы из этих материалов. Сварить можно любые легированные стали и со средним и низким содержанием углерода. Использовать данные газы рекомендуется, ведь гелий имеет плотность намного меньше, чем воздух, а аргон наоборот. Также данные газы не образуют химические соединения с металлическими конструкциями, поэтому в них можно сварить любые сплавы или металлы.
- При помощи флюса можно сваривать легированные стали, со средним или низким содержанием углерода. Также прекрасно для этого подходят титан, алюминий, чугун, медь или сплавы из данных материалов.
Флюс является порошкообразным материалом, который в процессе сварки обеспечивает функции электродов при ручной сварке. Его основа состоит из силиката марганца. Также флюсы можно разделить на две разновидности:
- неплавленные;
- плавленные.
Неплавленными называют флюсы спеченные или керамические. Плавленные получаются при плавлении в печи определенных компонентов и составов. Керамические флюсы включают в себя порошковые материалы, которые соединяются в небольшие зерна специальными веществами, к примеру это может быть жидкое стекло. Спеченные флюсы спекают в печах, причем для этого используются те же порошкообразные вещества и высокие температуры, а потом частицы раздрабливаются до необходимого размера.
При сварке некоторые частицы флюса расплавляются, а когда затвердевают, становятся похожи на шлаковые корки. Не расплавленный флюс можно использовать в дальнейшем после того, как он просеивается.
При помощи порошковых проволок можно сварить низколегированные и низкоуглеродные стали, а при порошковых проволоках и высоколегированные, а также нержавейку и медные детали и сплавы. Они могут достигать толщины около 40 мм. Порошковые проволоки имеют оболочку из металла, которая заполняется шихтой.
Самой простой конструкцией из всех является порошковая проволока с трубчатым поперечным сечением. Чтобы сделать ее более жесткой, а также изменить соотношение металлических компонентов, необходимо применять проволоку, в которой во внутренней полости кромки металлов немного отогнуты в стороны.
Важно! Металл внутри оболочки рекомендуется выбирать в прямой зависимости от того, какой металл необходимо будет сваривать.
В шихту данного вида проволоки необходимо ввести компоненты, которые способны справляться с некоторыми функциями:
- защита расплавляемого металла от кислородного воздействия и азота, окисления и легирования металлов;
- дуга начинает гореть стабильно и равномерно;
- шов формируется намного лучше и качественнее.
Применяется три разновидности порошковых проволок при механизированной сварке. Они могут быть:
- самозащитные, для сваривания в углекислом газе;
- для сваривания при помощи флюса;
- самозащитные порошковые проволоки, которые не требуют дополнительного флюса и использования углекислого газа.
Технология для механизированной сварки
Для автоматической и механизированной сварки используются автоматические и полуавтоматические приспособления и аппараты. Они комплектуются источниками тока, для того, чтобы питать дугу.
Данные автоматы рассчитаны на выполнение таких функций, как:
- возбуждение и приведение дуги в движение;
- регулировка сварочного процесса;
- электродная проволока подается с такой же скоростью плавления, которая необходима при сварке;
- дуга передвигается равномерно около свариваемых кромок.
Полуавтоматическое оборудование имеет два основных устройства. Самоходная головка или трактор, а также аппаратуру для управления.
Сварочные автоматы для сваривания в газовых образованиях включают в себя специальные газовые редукторы, баллоны с кислотами, подогреватели и осушители, которые необходимы для очищения газов от лишней влажности.
При помощи трактора подается электродная проволока, а ток проводится к сварочному месту. Механизированный способ сваривания при помощи электродных проволок обычно включает в себя два ролика, один ведущий, а другой вспомогательный. Именно они надежно удерживают проволоку и сжимают ее с нужной силой. Они наматывается на специальные кассеты, поэтому происходит проталкивание через шланги, а затем при помощи тога подается в зону расположения дуги.
У сварочного автоматического оборудования под флюсом есть специальные системы, которые убирают излишки флюса. Трактор для сварки при помощи защитных газов есть горелка, которая направляет в необходимую зону электродную проволоку, подводит к ней ток и подает газовые образования в нужное место. На месте горелки обычно располагается держатель, который подает флюс через специальный бункер.
Механизированная сварка помогает накладывать прямые и кривые швы, а также позволяет производить сваривание в труднодоступных местах. Металлы должны быть средней и небольшой толщины, чтобы обеспечивать надежное и качественное сваривание. Данные виды сварки применяются при ремонтных и производственных работах. Кольцевые и прямолинейные швы при использовании на производстве, которые имеют длину больше 300 мм, обычно выполняются только при использовании автоматического сварочного оборудования.
При транспортном и машиностроительном производстве механизированная сварка плавящимся электродом применяется при производстве локомотивов или вагонов. Балки необходимо сваривать под флюсом на потоке. Рамы обычно сваривают при помощи углекислого газа. В сельском хозяйстве и производствах оборудования практически около 80 % работ выполняется при помощи углекислого газа.
При автоматической сварке при применении флюса и углекислого газа в основной массе свариваются трубы и другие детали, которые имеют большой диаметр.
Механизированная сварка с применением дополнительного флюса, углекислого газа и порошковых проволок постоянно используется в строительстве печей, для специальных резервуаров для хранения опасных и легко возгораемых веществ, для строительства мостов и судов, а также в других видах производств.
svarkagid.com
