Сваркой называют технологический процесс получения механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывностью структур – непрерывной структурной связью. Это технологический процесс, с помощью которого изготавливаются все основные конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций, автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, наводные и подводные корабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъемные краны и многие другие изделия. Если некоторое время тому назад конструкции изготавливались в основном из относительно просто сваривающихся материалов, то в настоящее время, наряду с традиционными, для сварных конструкций применяются материалы с весьма различными физическими характеристиками: коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы, никелевые и медные сплавы с особыми свойствами, лёгкие сплавы на алюминиевой о магниевой основах, титановые сплавы, ниобий, тантал и другие металлы и сплавы. Многообразие свариваемых конструкций и свойств материалов, используемых для изготовления, заставляют применять различные способы сварки, разнообразные сварочные источники теплоты. Для сварочного нагрева и формирования сварного соединения используются: энергия, преобразованная в тепловую посредством дугового разряда, электронного луча, квантовых генераторов ; джоулево тепло, выделяемое протекающим током по твёрдому или жидкому проводнику; химическая энергия горения, механическая энергия, энергия ультразвука и других источников.
Все эти способы требуют разработки, производства и правильной эксплуатации разнообразного оборудования, в ряде случаев с применением аппаратуры, точно дозирующей энергию, со сложными схемами, иногда с использованием технической электроники и кибернетики. Разнообразие способов сварки, отраслей промышленности, в которых её используют, свариваемых материалов, видов конструкций и огромные объёмы применения позволяют охарактеризовать технологический процесс сварки, как один из важнейших в металлообработке
- Химическая сварка металлов
Химическую сварку применяют для сваривания элементов из малоуглеродистых сталей, тонких стальных листов, чугуна, цветных металлов и сплавов. Исключительную роль при производстве сварных конструкций играют процессы газовой резки металла. Существует несколько распространенных способов химической сварки:
- Кузнечная (горновая) сварка
- наиболее древний метод, постепенно вытесненный
современными, более производительными методами сварки. Процесс кузнечной сварки может быть отнесен к одной из частных операций кузнечного производства.
Он состоит в том, что свариваемые детали разогревают по свариваемой поверхности до температур, почти достигающих температуры плавления, а затем складывают друг с другом и обжимают под молотом, прессом или прокаткой между валками.
Электродуговая сварка: технология процесса и безопасность труда
... Одна из отраслей, где вопрос о безопасности технологического процесса является наиболее актуальным, является отрасль металлообработки, где не последнее место занимает процесс сварки. Сваркой называют технологический процесс получения механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывностью ...
Нагрев производится или в горнах (отсюда и название «горновая» сварка) или в специальных нагревательных печах.
Чтобы обеспечить требуемое качество соединения, необходимо скашивать (или скруглять) поверхности, подлежащие сварке, чтобы сделать возможным удаление шлака при нажатии, и обеспечивать равномерный нагрев всей поверхности. В месте соединения детали перед сваркой утолщают с тем, чтобы после проковки сохранить их форму и размеры.
Прочность сварного соединения, выполненного кузнечной сваркой, обычно не превышает 80% прочности свариваемого материала. Кузнечная горновая сварка в судостроении теперь почти не применяется.
- Термитная сварка
При термитной сварке кромки свариваемых изделий и присадочного материала разогреваются и расплавляются за счет теплоты, выделяемой при обменной реакции компонентов термита. Термитом называется порошкообразная механическая смесь окиси железа и некоторых металлов (алюминия, магния).
Наиболее распространен термит на основе алюминия. В состав термитной смеси входят закись железа (FeO), закись-окись железа (Fe3O4) и окись железа (Fe2O3), а также измельченный алюминий.
На практике для термитной смеси обычно применяется окалина, которая по составу близка к магнитной окиси железа Fe3O4. При реакции развивается температура около 3000° С.
Схема процесса термитной сварки
3Fe 3 O4 + 8AI = 4AL2 O3 + 9Fe +Q1
Fe 2 O3 + 2AI + AI2 O3 + 2Fe +Q2
Где Q 1 ~= 3344 кДж/кг.
Термит загружается в специальный тигель, сообщающийся с формой, облегающей свариваемый стык (рельсов, стальных приводов, гребных валов судов и других изделий ), и поджигается за счёт магниевого или электрического запала. В результате горения подогретый металл затекает в стык, а образовавшийся шлак выпускают в специальный сосуд –приставку. Кроме варианта термитной сварки плавлением, в некоторых случаях используют вариант сварки давлением, отличающийся тем, что разогретые и оплавленные шлаком кромки соединяемых деталей сдавливают специальным приспособлением. Термитная сварка может производиться литьем, давлением или комбинированным способом.
3. Газовая (газо–кислородная)сварка
При газовой (газо-кислородной) сварке свариваемые кромки нагревают до определенной температуры теплом экзотермической реакции, происходящей в пламени газовой горелки между горючим газом и кислородом, которые подводят в определенном объемном соотношении. Газовая сварка может осуществляться плавлением (с добавлением или без добавления присадочного материала) или давлением. Последний способ носит название «газопрессовой сварки».
Сварка металлической двери
... сварка), от сгорания газовой смеси (газовая сварка), электронным или фотонным лучом (электронно-лучевая или лазерная сварка), сжиганием термитной смеси (термитная сварка), ... 3000°С и позволяет не только проводить сварку металлических кромок отдельных деталей, но и резать ... минимальная зона термического воздействия, возможность проведения работ с тугоплавкими и жаропрочными металлами, сниженный ...
Газовой сваркой могут быть сварены различные материалы, в том числе стальной прокат, стальное литье, чугун, цветные металлы (медь, латунь, бронза, алюминий и др.), драгоценные металлы (золото, серебро, платина) и, наконец, неметаллические материалы, например, стекло и различные пластмассы.
Вторым обязательным компонентом, подаваемым в газосварочное пламя, является кислород, который интенсифицирует горение и повышает температуру пламени.
При газовой сварке кроме металла, подлежащие сварке, нагреваются до расплавления теплом экзотермической реакции, протекающей в пламени газовой горелки между горючим газом (как правило, ацетиленом) и кислородом. Ацетилен (C 2 H2 ) получают из карбида кальция при взаимодействии его с водой:
CaC 2 + 2H2 O = C2 H2 + Ca (OH) 2
Ацетилен сжигается в смеси с кислородом посредством специальной горелки. Процесс подготовки ацителено-кислородной смеси к горению и самого горения можно разделить на три стадии :
1-ая стадия : подготовка горючего к сгоранию (распад углерода)
C 2 H2 2C + H2 +226 000 кДж/моль
2-ая стадия : образование CO и H 2 (окисление углерода)
C 2 H2 + O2 2C + H2 + O2 = 2CO + H2 + 2472 200 кДж/моль.
3-я стадия : окончательное окисление оксида углерода и водорода :
2CO + O 2 CO2 +571 000 кДж/моль ;
H 2 + 0,5O2 H2 O + 142 000 кДж/моль.
Строение пламени при горении ацетилена в смеси с кислородом характеризуется наличием трёх зон : ядра (1), средней зоны (2) и факела (3).
Наивысшая температура (2730-2230 0 С) имеет место в районе второй зоны. Поэтому при сварке горелку располагют так, чтобы ядро пламени касалось поверхности сварочной ванны. Газовая горелка применяется как при изготовлении изделий из тонколистовой стали, так и при сварке чугуна (при ремонтных работах) и некоторых цветных металлов и сплавов на их основе.
4. Сварка литьем
При сварке литьем место соединения заливают жидким присадочным металлом — железом, скапливающимся в нижней части тигля. При сварке давлением сначала разогревают кромки жидким шлаком (глиноземом (АlО3), обладающим после реакции высокой температурой; жидкий шлак выливают из верхней части тигля. После этого разогретые с торцов детали сдавливают специальным приспособлением. При комбинированном способе сварки часть сечения сваривается литьем, а часть — давлением. Изменением состава термита и присадок, вводимых в смесь, при сварке литьем можно регулировать механические свойства сварного шва. Для воспламенения термита применяют различного состава зажигательные смеси, так как термит загорается только после подогрева некоторой его части до температуры не ниже 1200° С. Изделия, подлежащие термитной сварке, после соответствующей подготовки кромок заформовывают огнеупорной глиной в разъемных опоках, чтобы придать шву требуемую форму и избежать растекания жидкого металла. При сварке больших сечений свариваемые концы перед заливкой термитом подогревают для того, чтобы уменьшить скорость теплоотвода и обеспечить разогрев кромок до температуры плавления. Термитная сварка литьем применима преимущественно для соединения массивных деталей большого сечения. Например, в судостроении известны случаи применения термитной сварки для соединения частей отливок ахтерштевней и кронштейнов гребных валов. В настоящее время такие соединения выгоднее выполнять электрошлаковой сваркой. В ремонтных работах термитную сварку литьем иногда используют для восстановления лопнувших массивных машинных рам, станин и т. п.
Сварка, склеивание пластмасс
... Сварка Основным методом получения неразъемных соединений термопластичных полимерных материалов является сварка. Принято различать методы сварки, основанные на передаче тепла свариваемому материалу от внешнего теплоносителя, и методы сварки, ... температуре): холодная сварка - соединение происходит за счет пластической деформации и течения материала под действием давления; сварка с помощью ...
Термитная сварка давлением применима для стыкования труб, рельсов и различных стержней, но в судостроении она не распространена. Основные недостатки термитной сварки — большой объем подготовительных и вспомогательных работ (формовка, подогрев, обрубка прибылей и т. д.) и невозможность текущего контроля хода процесса.
- Химическая сварка полимерных материалов
Этот вид сварки применяют для соединения термореактивных полимерных материалов. Как известно, в полимерах, находящихся в отвержденном состоянии, тепловое движение выражается лишь в ограниченных колебаниях малых участков макромолекул. На этих участках сохраняются химически активные функциональные группы, В определенных для данного полимера условиях активные группы, расположенные на поверхности одного изделия, могут вступать в реакцию непосредственно или с помощью добавок с активными группами столь же: подвижных участков макромолекул на поверхности другого изделия. Это явление и было использовано для создания нового вида сварки — химической. Качество химической сварки определяется длиной подвижных участков молекул полимера в пограничных слоях, их степенью подвижности при выбранных условиях сварки, концентрацией в них химически активных групп и полнотой их участия в реакции соединения с полимером привариваемого материала. Для осуществления химической сварки необходим тесный контакт между соединяемыми поверхностями. Сварной шов, получаемый методом химической сварки, не отличается по своей структуре от основного материала, поэтому прочность соединения соответствует прочности отвержденного связующего (полимера).
Сварной шов также устойчив к повышенным температурам и к действию растворителей, как и полимер в свариваемом материале. При химической сварке очень важно быстро и интенсивно прогреть контактирующие поверхности изделий.. Указанным требованиям удовлетворяют высокочастотный и ультразвуковой методы нагрева пластмасс.
Осуществить химическую сварку изделий из отвержденных смол удается и при комнатной температуре. Для этого нужно, чтобы процесс проходил в присутствии присадочного материала, в котором свариваемые поверхности слегка набухают, и чтобы химическая реакция между функциональными группами присадочного материала и отвержденной смолы могла проходить с достаточной скоростью и полнотой. Примером химической сварки, проходящей при комнатной температуре, служит сварка изделий из полиэфиров стиролом в присутствии органических перекисей и некоторых других соединений, ускоряющих полимеризацию.
Сварка с применением присадочного материала
- Сварка с применением присадочн
ого материала
При сварке термореактивных полимерных материалов в качестве присадочного материала может быть использована пленка, по составу близкая к связующему полимеру и отверждающаяся в процессе высокочастотного нагрева. Например, введение пленки или прутка из пластифицированного винипласта между свариваемыми поверхностями из непластифицированного винипласта облегчает процесс сварки и способствует повышению ударной прочности шва. В случае сварки изделий из стеклопластиков (КАСТ-В, ВФТ-С и пресс-материал АГ-4) применяют пленку на основе связующего БФ-4, наиболее близкого по составу к связующему этих стеклопластиков. Присадочный материал не только заполняет зазор и обеспечивает должный контакт между соединяемыми поверхностями, но и участвует в Совместном отверждении со связующим стеклопластика.
Техника и технология аргонодуговой сварки
... сварки из свариваемых кромок или присадочного металла. Кислород же, вступая в химические реакции с вредными примесями, обеспечивает их выгорание или превращение в соединения, всплывающие на поверхность ... титановых и алюминиевых сплавов. Аргоновая сварка плавящимся электродом используется при сварке нержавеющих сталей и ... Все стали, титан и другие материалы, за исключением алюминия, свариваются на ...
