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
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.
Лазерная сварка металла
... в зоне нагрева этого металла до высоких температур, часто применяют лазерную сварку. Ручная сварка Соединение деталей можно осуществлять с помощью ручной лазерной сварки. Миниатюрный станок для ее ... энергии фотонов падающей электромагнитной волны пучка с энергией фотонов возбужденных атомов металлов происходит индуцированное усиленное излучение. В результате высвобождается тепловая энергия, за ...
Объединение отдельных объёмов конденсированной твёрдой или жидкой фазы в один общий объём сопровождается уменьшением свободной поверхности и запаса энергии в системе, а потому термодинамически 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.
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..
1. Анализ технологического процесса и условия образования опасных и вредных факторов.
Из разных методов сварки (дуговой, точечной, газовой) в домашних условиях особый интерес представляет метод дуговой сварки. Хотя и другие способы не слишком сложны, но из-за высокой стоимости сварочного оборудования их целесообразно использовать только при постоянном применении, что в домашней работе случается крайне редко.
Требуемую температуру для сварки
Сварочной дугой называется мощный устойчивый электрический разряд, происходящий в газовом промежутке между электродом и изделием.
В зоне дуги возникает высокая температура, которая приводит к расплавлению электрода и кромок соединяемых деталей.
Дуговая сварка — процесс, при котором теплота, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда, возникающего между свариваемым металлом и электродом. Под действием теплоты электрической дуги кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания дугового разряда, получается от источников питания дуги постоянного или переменного тока.
Электрическая дуга — это своеобразный проводник электрического тока. В отличие от металлических проводов дуга как проводник представляет собой газовый канал, содержащий в своём объеме по всей длине наряду с нейтральными атомами газа электрически заряженные частицы: электроны и ионы. Под действием разности потенциалов, которая приложена к электродам, в газовом проводящем канале устанавливается упорядоченное движение заряженных частиц — электрический ток. Прохождение тока через газ получило название электрического разряда. Физические явления, возникающие при электрическом разряде, зависят от рода и давления газа, материала и геометрии электродов, а так же от силы тока. Эти факторы обусловливают возникновение различных видов электрического разряда. Электрической дугой принято считать конечную форму электрического разряда, развившегося при любых обстоятельствах, если сила тока, проходящего через газ, превышает 0,1 А. Характерной чертой дугового разряда является большая плотность тока в газе и на электродах по сравнению со всеми другими формами устойчивых разрядов при том же давлении газа. Дуговой термический разряд, используемый для сварки, называют сварочной дугой. Сварочная дуга, образуя ярко светящийся высокотемпературный факел, в зависимости от силы тока и типа применяемых электродов может иметь длину газового промежутка от одного до нескольких миллиметров. В дуге различают три области: прикатодную, газовый столб дуги и прианодную. Сварочные дуги, используемые в технологических процессах сварки, классифицируют по ряду признаков.
Технология дуговой наплавки металлов
... технология наплавки Дуговая наплавка под флюсом. Нагрев и расплавление металла, так же как при сварке, осуществляются теплом дуги, горящей между плавящимся электродом и основным металлом под слоем флюса. Наплавка под ... материал расплавляется дугой и переходит в наплавленный металл. В связи с тем что в технологии выполнения между наплавкой и сваркой много общего, для наплавки применяется то ...
По составу материала электрода различают дугу с плавящимся и неплавящимся электродом; по роду тока — дугу постоянного и дугу переменного тока; по полярности постоянного тока — дугу прямой полярности и обратной полярности; на переменном токе различают дуги однофазную и трехфазную.
Источником питания (ИП) сварочной дуги называют устройство, которое обеспечивает необходимый род и силу тока дуги. Источник питания и сварочная дуга образуют взаимосвязанную энергетическую систему, в которой ИП выполняет следующие основные функции: обеспечивает условия начального возбуждения дуги, ее устойчивое горение в процессе сварки и возможность производить настройку параметров режима. По роду тока в сварочной цепи различают источники переменного тока — сварочные однофазные и трехфазные трансформаторы, специализированные установки для сварки алюминиевых сплавов, а также источники постоянного тока — сварочные выпрямители и генераторы с приводами различных типов. По количеству обслуживаемых постов могут быть однопостовые и многопостовые, а по применению — общепромышленные источники питания. К общепромышленным относятся источники питания для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, а также для механизированной сварки под флюсом.
В настоящее время дуговая сварка занимает наибольшее распространение среди других видов сварки. Признаком дуговой сварки является то, что источником тепла в зоне сварки является дуговой разряд высокой температуры. Температура дуги имеет температуру от 6 тыс.°С и выше. Это дает возможность сваривать любые металлы. Сварочная дуга может быть как прямого так и косвенного действия.
- Дуга прямого действия горит между электродом и свариваемыми деталями.
- Дуга косвенного действия горит между двумя электродами, а свариваемые детали не включены в цепь сварочного тока.
Для защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и улучшения химического
Оборудование для ручной дуговой и механизированной сварки
... свариваемого металла. Сварочный выпрямитель служит для преобразования переменного тока в постоянный, предназначенный для питания сварочной дуги. Сварочный преобразователь служит для преобразования переменного тока в постоянный сварочный ток. 1.3 Сварочные электроды Электрод для ручной дуговой сварки ...
Ручная дуговая сварка (РДС) обеспечивает высокое качество сварных соединений и поэтому применяется для изготовления ответственных конструкций из стали, различных цветных металлов и сплавов, а также на ремонтных работах.
1.2 Классификация дуговой сварки.
Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода тока и полярности, типа дуги, свойств электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.
По степени механизации дуговая сварка подразделяется:
- ручная дуговая сварка
- полуавтоматическая дуговая сварка
- автоматическая дуговая сварка
Отнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определенной длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.
При ручной дуговой сварке указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов.
При полуавтоматической дуговой сварке плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную.
При автоматической дуговой сварке под флюсом механизируются операции по возбуждению дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.
Стремление повысить производительность электродуговой сварки, улучшить качество швов и одновременно облегчить труд сварщиков привело к созданию автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса.
Сущность процесса автоматической сварки заключается проволока с катушки подаётся в зону дуги автоматической головкой, двигающейся вдоль шва; впереди головки из бункера по трубе на свариваемые кромке подаётся флюс, покрывающий поверхность металла в зоне шва слоем толщиной 50 –60 мм. Электрическая дуга горит под слоем флюса в создаваемом ею газом пузыре, окруженном средой расплавленного флюса.
Благодаря некоторому давлению флюса на поверхность жидкой ванны в процессе сварки устраняется разбрызгивание металла и получается хорошее формирование шва, даже при очень больших токах, достигающих 1000 – 200 А. Расплавляемая в процессе сварки и затем затвердевающая часть флюса образует на поверхности шва шлаковую корку. Неиспользованная же, т.е. нерасплавленная, часть флюса отсасывается обратно в бункер и затем повторно используется при сварке. Сущность процесса сварки под флюсом представлен на рис.1.
Автоматическая сварка под флюсом
... Рис. 1. Схема автоматической сварки под флюсом Особенностью процесса электродуговой сварки по флюсу является значительно меньшая толщина слоя флюса, чем при сварке под флюсом. На металлической подкладке уложены свариваемые пластины, засыпанные тонким слоем флюса. Дуга горит в ...
Рис 1. Сущность процесса сварки под флюсом
Большая концентрация теплоты при горении мощной дуги под флюсом позволяет производить сварку с небольшими скосами кромок; угол скоса кромок для стали обычно не превышает 30 градусов. Последнее обстоятельство приводит к меньшей затрате электродного материала и к лучшему использованию дуги. Благодаря большой силе тока, применяемого при автоматической сварке под слоем флюса, производительность возрастает в десятки раз по сравнению с ручной дугой дуговой сваркой.
Хорошая защита расплавленного металла от окружающего воздуха, а также легирование металла шва (в случае сварки стали) содержащимися во флюсе компонентами обеспечивают весьма высокие механические свойства сварных швов, выполненных автоматической сваркой. .
Применение флюса позволяет использовать тонкую электродную проволоку большой силе тока, что обеспечивает глубокое поправление металла (до 12 мм) и высокую производительность.При помощи шланговых полуавтоматов весьма удобно производить сварку прямолинейных, криволинейных швов, угловых и других соединений.
