Технология сварки

    Министерство  образования и  науки Р.Ф. ГОУВПО 
«сибирский государственный индустриальный университет» 
 
 

    Кафедра обработки металлов давлением и металловедение 

    Технология  сварки 
 
 
 
 
 
 
 

    Выполнила:

    Студентка гр. МСК – 09

    Штапаук Ю. А.

    Проверил:

    Синявский И. А. 
 
 
 
 
 
 
 

    Новокузнецк 2011г.

    Содержание

    Введение…………………………………………………………………………3

    Сущность  процесса сварки……………………………………………………...4

    Классификация и характеристика видов сварки……………………………….6

    Заключение………………………………………………………………………18

    Список  литературы…………………………………………………………...…19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение 

    Сварка  как способ неразъемного соединения твердых металлических частей известна человечеству с самых древних  времен. Как только люди научились  выплавлять и обрабатывать железо ковкой в горячем состоянии (приблизительно IV тысячелетие до н. э.), им сразу же пришлось иметь дело и с процессом сварки, который стали широко использовать сначала для объединения отдельных крупиц или кусочков металла в общую болванку-заготовку, а затем и для соединения различных металлических поделок друг с другом.

    Процесс изготовления железной болванки уже  включал сварку давлением или  «кузнечную - горновую» сварку, которая  дошла почти в неизменном виде до наших дней. При горновой сварке поверхности соединяемых частей нагревают до «сварочного жара», а затем обжимают эти части ударами молота на наковальне. На протяжении многих столетий этот способ сварки был единственным. Только в XIX веке возник новый способ - сварка «литьем», которая по существу являлась одной из разновидностей технологического процесса литья.

    Следующим по времени возникновения был  способ электрической дуговой сварки, изобретенный в России и получивший широкое распространение в наши дни. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Сущность  процесса сварки

    Сварка - это один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки обеспечили  её  широкое применение  в народном хозяйстве. С помощью сварки  осуществляется  производство  судов, турбин,  котлов,  самолётов, мостов,   реакторов   и   других   необходимых конструкций. Сваркой  называется технологический процесс получения  неразъёмных соединений посредством установления межатомных  связей  между  свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или  пластическом  деформировании, или совместным действием того и другого.

    Сварное соединение металлов характеризует  непрерывность  структур.  Для  получения сварного соединения нужно  осуществить  межмолекулярное  сцепление  между свариваемыми  деталями,  которое  приводит  к  установлению  атомарной связи в пограничном слое.

    Если  зачищенные поверхности двух соединяемых  металлических  деталей  при сжатии под большим давлением сблизить так,  чтобы  могло  возникнуть  общее, электронное  облако,  взаимодействующее  с  ионизированными  атомами   обоих металлических поверхностей, то получаем прочное сварное соединение. На  этом принципе основана холодная сварка пластичных металлов.

    При  повышении  температуры  в  месте  соединения   деталей,   амплитуды  колебания атомов относительно постоянных  точек  их  равновесного  состояния увеличиваются, и тем самым создаются условия более легкого  получения  связи между соединяемыми деталями.  Чем  выше  температура  нагрева,  тем  меньшее давление требуется для  осуществления сварки, а при  нагреве  до  температур плавления необходимое давление становится равным нулю.

    Кусок твёрдого металла  можно  рассматривать  как  гигантскую  молекулу, состоящую  из атомов,  размещённых  в  строго  определённом,  зачастую  очень  сложном  порядке  и  прочно  связанных  в  одно  целое  силами   межатомного взаимодействия.

    Принципиальная  сущность  процесса  сварки  очень  проста.  Поверхностные атомы  куска  металла   имеют   свободные,   ненасыщенные   связи,   которые  захватывают всякий атом или молекулу, приблизившуюся на расстояние  действия межатомных сил.  Сблизив  поверхности  двух  кусков  металла  на  расстояние действия межатомных сил или, говоря проще, до соприкосновения  поверхностных атомов, получим по поверхности соприкосновения  сращивание  обоих  кусков  в одно монолитное целое с прочностью соединения  цельного  металла,  поскольку внутри металла и по поверхности соединения действуют те же межатомные  силы.

    Процесс   соединения   после   соприкосновения   протекает   самопроизвольно (спонтанно), без затрат энергии и весьма быстро, практически мгновенно. Объединение отдельных объёмов конденсированной твёрдой или жидкой фазы в один общий объём сопровождается уменьшением свободной поверхности  и  запаса энергии в системе, а потому  термодинамический  процесс  объединения  должен идти самопроизвольно, без подведения энергии  извне.  Свободный  атом  имеет избыток  энергии  по  сравнению  с  атомом   конденсированной   системы,   и присоединение свободного атома сопровождается освобождением  энергии.  Такое самопроизвольное объединение наблюдается на объёмах однородной жидкости.

    Гораздо  труднее  происходит  объединение  объёмов  твёрдого   вещества. Приходится затрачивать значительные количества энергии и  применять  сложные технические  приёмы  для  сближения  соединяемых   атомов.   При   комнатной температуре  обычные  металлы  не  соединяются   не   только   при   простом соприкосновении, но  и  при  сжатии  значительными  усилиями.  Две  стальные пластинки, тщательно отшлифованные и “пригнанные”, подвергнутые  длительному сдавливанию усилием в  несколько  тысяч  килограммов,  при  снятии  давления легко разъединяются,  не  обнаруживая  никаких  признаков  соединения.  Если соединения возникают в отдельных точках, они разрушаются  действием  упругих сил при снятии давления. Соединению твёрдых металлов мешает,  прежде  всего, их твёрдость, при их  сближении  действительное  соприкосновение  происходит лишь в немногих физических  точках,  и  расширение  площади  действительного соприкосновения достаточно затруднительно.

    Металлы  с  малой  твёрдостью,  например,  свинец,   достаточно   прочно соединяются уже при незначительном сдавливании. У более важных  для  техники металлов  твёрдость  настолько  велика,  что   поверхность   действительного соприкосновения очень мала  по  сравнению  с  общей  кажущейся  поверхностью соприкосновения, даже на тщательно обработанных и пригнанных поверхностях.

    На  процесс соединения сильно влияют  загрязнения поверхности  металла  - окислы, жировые плёнки и пр., а  также слои  адсорбированных  молекул  газов, образующиеся на свежезачищенной поверхности металла под действием  атмосферы почти  мгновенно.

    Поэтому  чистую  поверхность   металла,   лишенную   слоя адсорбированных  газов,  можно  сколько-нибудь  длительно  сохранить  лишь  в  высоком  вакууме.  Такие  естественные   условия   имеются   в   космическом пространстве, где металлы получают способность довольно  прочно  свариваться или «схватываться» при случайных  соприкосновениях.  В  обычных  же,  земных условиях приходится сталкиваться с отрицательным  действием,  как  твёрдости металлов, так и слоя адсорбированных газов  на  поверхности.  Для  борьбы  с этими затруднениями техника  использует  два  основных  средства:  нагрев  и давление.

    Классификация и характеристика видов сварки.

    Согласно  ГОСТ 19521—74 сварка металлов классифицируется по физическим, технологическим и техническим признакам.

    Классификация сварки металлов по физическим признакам.

    В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, сварочные процессы делятся на три  класса: термический, термомеханический и механический.

    Вид сварки объединяет сварочные процессы по виду источника энергии, непосредственно  используемого для образования  сварного соединения. К термическому классу относятся такие виды сварки, которые осуществляются плавлением с использованием тепловой энергии, а именно: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная.

    К термомеханическому классу сварки относятся  такие виды сварки, которые осуществляются с использованием тепловой энергии и давления, а именно: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая и печная.

    К механическому классу сварки относятся такие виды сварки, которые осуществляются с использованием механической энергии и давления, а именно: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитно-импульсная.

    Классификация сварки металлов по техническим признакам. К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень механизации сварки.

    По  способу защиты металла различают  сварку в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене и с комбинированной защитой. В качестве защитных могут применяться активные газы (углекислый газ, азот, водород, водяной пар, смесь активных газов), инертные газы (аргон, гелий, смеси аргона с гелием), а также смесь инертных и активных газов. Защита расплавленного металла газом может быть струйной или в контролируемой атмосфере. Если струйная защита расплавленного металла осуществляется только со стороны сварочной дуги, то она называется односторонней, если со стороны сварочной дуги и корня шва — двусторонней.

    По  непрерывности процесса различают непрерывные и прерывистые виды сварки; по степени механизации — ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические.

    Дуговая сварка. Дуга  представляет  собой  электрический  разряд   в   газе   между электродами, к которым подведено  напряжение  источника  тока.  Ток  в  дуге обусловлен  так  называемыми  свободными  электронами  и  положительными   и отрицательными заряженными частицами вещества – ионами. Процесс  образования этих частиц называется ионизацией. В средней  части  дуги  расположен  столб дуги, ярко светящейся и имеющей температуру около 6000 градусов по  Цельсию. Столб  заканчивается  на  электродах  катодным  и  анодным   пятнами,  через которые проходит весь ток дуги. Плотность  тока  на  пятнах  весьма  велика, благодаря  чему  в  этих  зонах   происходит   интенсивное   нагревание   до температуры испарения материала электродов.  Столб  дуги  окружает  пламя  – раскалённые пары и газы, температура которых резко падает по  мере  удаления от столба. Дугу перемещают при сварке в ручную или механически вдоль  кромок соединяемых деталей, благодаря чему достигается  непрерывное плавление их  и образование соединения –  сварного  шва.  Глубиной  проплавления  называется наибольшая глубина расплавления основного металла в сечении шва.

    При электрошлаковой сварке тепло, необходимое для плавления свариваемого металла, образуется за счет прохождения электрического тока через расплавленный шлак, состоящий из оксидов галоидов или их смесей. 

    Рисунок. Электрошлаковая сварка 

    Две свариваемые детали устанавливаются вертикально с зазором между кромками. Зазор с двух сторон закрывают медные водоохлаждаемые ползуны. Снизу зазор также закрывается специальным карманом. В зазор засыпается сварочный флюс и опускается сварочная проволока. В процессе сварки проволока подается вниз роликами, токоподвод осуществляется мундштуком. За счет прохождения тока между проволокой и изделием флюс нагревается и расплавляется. Расплавленный флюс образует шлак, который, будучи электропроводным, является источником тепла, приводящим к расплавлению проволоки и кромок и образованию сварочной ванны. Электрическая дуга отсутствует, так как она шунтируется расплавленным шлаком. Процесс сварки идет снизу вверх. Ползуны, охлаждаемые водой через трубки, перемещаются вверх вместе со сварочным автоматом и формируют сварной шов. Расплавленный флюс обеспечивает одновременно защиту сварочной ванны и участвует в металлургических процессах, обеспечивающих требуемое качество сварного шва.