Физико-химические свойства сварки

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов, сплавов и других материалов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых заготовок.

Неразъемные соединения – соединения, при разборке которых происходит повреждение или нарушение целостности их частей.

Разъемные соединения

В качестве заготовок при сварных работах могут использоваться изделия, полученные литьем, прокаткой (листы, трубы), объемной и листовой штамповкой.

Достоинства сварки:

- возможность получения изделия сложной конфигурации с минимальными затратами металла и труда.

- минимальная масса получаемой конструкции.

Недостатки разные у разных методов.

 - 1 ангстрэм – расстояние, на которое поверхности деталей сближаются.

 

                                       Плавлением (материал находится в жидком и расплавленном состоянии)

Сварка

                  Давлением (материал находится в твердом состоянии)

Виды энергии

 

Термическая (плавлением)           термомеханическая                       механическая

                                                                                           (давлением)      

В любом случае перед соединяемыми частями возникает сварной шов.

 

Сварка плавлением.

Сущность сварки плавлением.

В зоне соединения создается такая температура, что образуется сварной шов в результате расплавления кромок соединяемых частей и последующей кристаллизации расплавленного металла, которая определяет свойства металла шва. Поэтому изменение ширины зоны плавления при сварке становится важным фактором воздействия на свойства сварного соединения. Кроме того, от объема расплавленного металла зависят деформации и напряжения, возникающие после сварки в сварных конструкциях, что требует регулирования объема сварочной ванны.

                                   Плавление электродом

                                   Неплавящимся электродом

Сварка плавлением     

                                   Электрошлаковая

                                   Плазменная

Защита сварного шва от внешнего воздействия

 

использование электродов                    сварка под флюсом                сварка в среде  

с покрытиями                                                                                         защитных газов

 (покрытия электрода включают

 следующие компоненты:

- газообразующие

- шлакообразующие

- легирующие

- связующие)

 

Сварка под флюсом

Дуга под флюсом отличается от свободной тем, что газовый разряд происходит в пространстве, которое изолировано от окружающей среды расплавленным шлаком. В газовом пузыре давление около 3 кПа при токе 500А.

 

 

Электрошлаковая сварка

 

Применяется при сварке заготовок большой толщины в тяжелом машиностроении, так как обеспечивается более равномерное выделение теплоты по объему сварочной ванны.

При электрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее – электроду и свариваемым кромкам. Устойчивый процесс возможен только при постоянной температуре шлаковой ванны. Рабочая температура шлаковой ванны под электродом может достигать 2200…2300К.

После развития начального дугового разряда расплавленный шлак полностью шунтирует дугу и дуговой процесс переходит в шлаковый. Температура плавления шлака должна быть выше, чем температура плавления свариваемого металла.

Сварку ведут на переменном токе при низком напряжении (40…50В) и рабочих токах до нескольких тысяч ампер.

Электрическая дуговая сварка (ЭДС).

Самый распространенный вид сварки.

Источником теплоты является электрическая дуга.

Электрическая дуга – устойчивый электрический разряд в ионизированных парах или газах.

                 Постоянный ток

ЭДС

                 Переменный ток

При постоянном токе – прямая полярность, электрод «-», заготовка «+» и обратная полярность электрод «+», заготовка «-».

Достоинства:

Устойчивая электрическая дуга

Недостатки:

1) сложность источников тока (выпрямитель или сварочный генератор)

2) малые КПД источников тока

3)  большой расход энергии на 1 кг расплавленного металла.

Виды ЭДС:

1) Ручная ЭДС

2) Автоматическая (полуавтоматическая) под флюсом

3) В среде защитных газов

Достоинства автоматической сварки под флюсом:

- обеспечивает высокую производительность (высокий КПД) по сравнению с РДЭС (в 10…25 раз) за счет увеличения сварочных стыков до 1000А и более, а также мощности дуги и плотности до 200А/мм² и выше

- лучшее качество сварного соединения благодаря защите расплавленного металла, однородности металла по химическому составу, отсутствию перерывов в процессе сварки для смены электрода

- не требует высокой квалификации оператора

- улучшение условий труда

- сокращение производственных площадей

- высокая устойчивость сварного процесса позволяет применять переменный ток, что связано с большой простотой и экономичностью сварочного оборудования.

Недостатки:

- сварка производится только при нижнем положении шва

- экономически целесообразно применять для получения длинных непрерывных швов.