Состав и структура оборудования для электродуговой и электро-контактной сварки металлов

Сварка металлов – это технологический процесс получения неразъемных соединений путем создания межатомных сил связи между частицами свариваемых металлов в результате совместной кристаллизации, местной пластической деформации или диффузии атомов. В зависимости от источников энергии различают сварки: химическую, электрическую, механическую.

При химической сварке она осуществляется за счет химической реакции, при электрической за счет энергии электрической дуги или тепловой энергии от прохождения тока по свариваемой детали, при механической, например, за счет энергии трения.

В зависимости от степени нагрева соединяемых мест различают сварку давлением и плавлением. Сварка давлением производится либо в холодном состоянии, либо с предварительным нагревом. Давление обеспечивает взаимную диффузию металла. Сварка плавлением проще и требует более простого оборудования.

В зависимости от способа подачи электродного металла, флюса и перемещения сварочной горелки бывает ручная, полуавтоматическая и автоматическая сварка. Виды сварных соединений и швов: стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые. Сварка деталей толщиной 5-10 мм осуществляется за 1 проход и шов называется однослойным. При большей толщине сварку осуществляют за несколько проходов и получают многослойный шов.

 

Электродуговая сварка и резка металлов

 

Приоритет в разработке технологий электродуговой сварки принадлежит русским и советским ученым: В. Петрову, Н. Бенардосу,

Н. Славянову, Е. Патону. При сварке по способу Бенардоса один электрод изготовлен из угля, а другим электродом является свариваемый металл. Сварка осуществляется постоянным током. 99% сварки сейчас осуществляется по способу Славянова, когда одним электродом является плавящийся металлический пруток, другим – свариваемый металл.

 

 

В настоящее время 80% сварки осуществляют переменным током. В этом случае дуга горит хуже, чем для постоянного тока, но оборудование менее громоздкое, дешевле в 2-3 раза, расход электроэнергии на 1 кг расплавленного металла в 1,5-2 раза меньше.

При ручной сварке используются электроды с обмазкой. По назначению электроды делятся на 3 класса:

1) для сварки углеродистых и низколегированных сталей (Э38, Э50, Э60);

2) для сварки легированных и высокопрочных конструкционных сталей (Э70, Э85, Э150);

3) для сварки легированных теплостойких сплавов (Э09М, Э-0,5Х2М и др.).

В обозначении после буквы приведена прочность в кг\мм², в буквенно-цифровых обозначениях приведено содержание легирующих элементов аналогично обозначению легированных сталей.

Диаметр электрода при толщине свариваемого металла до 8 мм принимают приблизительно равным толщине свариваемого металла, но не более 5 мм. При толщине более 10 мм выбирают диаметр электрода 5 мм и более. При автоматической сварке наиболее часто применяют разработанную Е.О. Патоном сварку под слоем флюса с помощью устройства, называемого сварочным трактором. Шлаковая корка поверх шва замедляет его охлаждение, что препятствует возникновению 247

внутренних напряжений в шве и короблению свариваемых деталей. Скорость такой сварки до 200 м\час, что приблизительно в 10 раз больше, чем ручной.

Для толстостенных деталей, более 30 40 мм, эффективна электрошлаковая сварка, в которой сварка металла осуществляется за счет теплоты, выделяемой в расплавленном шлаке при пропускании через него электрического тока.

Для защиты шва от воздействия окружающего воздуха применяют различные газы (инертные, либо газы, восстанавливающие окислы, например, водород, метан и др.)

Встречается также атомно-водородная сварка независимой дугой, т.е. горящей между двумя вольфрамовыми электродами, независимо от свариваемых металлов. Водород Н₂диссоциирует в зоне дуги с поглощением большого количества тепла. Соприкасаясь с более холодным металлом атомарный водород переходит в молекулярное состояние, отдавая тепло 2Н Н₂ +100600 кал\г.

Аргонодуговая сварка производится зависимой дугой в атмосфере аргона. Используется для алюминиевых и магниевых сплавов, нержавеющей стали, меди.

Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа СО₂. Сваривают детали толщиной 0,8мм и более. Полуавтоматическая сварка нашла широкое применение на промышленных предприятиях. Практически на всех предприятиях, серийно выпускающих машиностроительную продукцию, цеха сборки-сварки или участки сварки используют полуавтоматическую сварку. Устройство для полуавтоматической сварки состоит из механизма, обеспечивающего подачу проволоки через шланговый держатель сварочной горелки с соплом, устройства подвода защитного газа в зону сварки. Защитный газ СО₂ подается чаще всего из центральной заводской сети. В качестве источника СО₂ могут использоваться также баллоны. Электродная проволока для обеспечения хорошего электрического контакта имеет, как правило, покрытие из меди. В процессе сварки одновременно включается подача защитного газа и механизма привода электродной проволоки. Этот вид сварки отличается высокой производительностью, хорошим качеством сварного шва, экономичностью, однако, также как и ручная сварка, требует специальных устройств для отсоса и очистки сварочных газов и аэрозолей. Наиболее эффективны однопостовые или многопостовые (до 5-6 рабочих мест) фильтро-вентиляционные установки, например, фирмы «Плимут». Электродуговая резка применима для стали, чугуна, цветных металлов. Резку лучше осуществлять угольным электродом. Можно и металлическим, но этот процесс менее экономичен. При этом применяются дорогие электроды с толстой обмазкой для образования большого количества шлаков.

 

Электроконтактная сварка

Электроконтактная сварка, в отличие от электродуговой, является экологически более благоприятной, она экономичнее, легко поддается автоматизации. Отличается более высокой производительностью. Различают следующие виды электроконтактной сварки: стыковая, точечная, роликовая.

 

 

Стыковая сварка наиболее часто используется для сваривания арматурных прутков либо аналогичных деталей. В зоне стыка соединяемых деталей их поверхности имеют окислы, прилегание в отдельных точках, что обуславливает высокое электрическое сопротивление. При прохождении через свариваемые детали электрического тока высокой плотности зона стыка нагревается больше всего и доводится до расплавления. При дальнейшей совместной кристаллизации обеспечивается сварка деталей.

Установки для контактной точечной и шовной сварки имеют медные электроды, обеспечивающие низкое электрическое сопротивление. Электроды могут быть выполнены пустотелыми для водяного охлаждения. При точечной сварке между свариваемыми листами в процессе прохождения электрического тока образуется зона расплавленного металла (точка). Точечная и шовная сварки предназначены для тонколистового материала, толщина свариваемого материала может находиться в интервале от 0,2 до 2 мм. За счет локального нагрева металла в зоне сварных точек при точечной сварке коробление конструкции при сварке практически отсутствует. Для формирования герметичного шва применяют шовную сварку.

 

Порядок выполнения лабораторной работы:

 

1. Изучить теоретическую часть лабораторной работы

2. Представить схемы и описать технологические процессы электродуговой сварки (для вариантов 1-4)

3. Представить схемы и описать технологические процессы электро - контактной сварки (для вариантов 5-8)

4. Оформить отчет о лабораторной работе

Лабораторная работа № 14 (2 часа)