Процес зварювання допомагає продумано використовувати матеріали в процесі виробництва, а також значно економить витрачений час. При цьому механізація та автоматизація крокують вперед великими кроками, підвищується продуктивність, а умови праці працівників стають кращими.
Що таке зварювання
Зварювання є прогресивним технологічним процесом, який дозволяє отримати нерозйомні з 'єднання деталей, а також створити конструкції високої експлуатаційної якості. Плюси зварних сполук дають можливість постійно застосовувати їх для створення різного роду конструкцій.
Науково-технічний прогрес не стоїть на місці, в ньому бере участь і зварювання. Способи зварювання всі розширюються, застосовуються все нові види. Наприклад, у мікроелектроніці сьогодні є можливість зварювати деталі товщиною в кілька мікрометрів, а у важкому машинобудуванні - деталі з товщиною кілька метрів. Враховуючи те, що у виробництві застосовуються вуглецеві і низьколеговані сталі, все частіше стали застосовуватися спеціальні способи зварювання спеціалізованих сплавів, легких сплавів, а також таких, в основі яких лежить титан, молібден, цирконій та інші метали. Прогресивність способів зварювання та її тип впливають на якість готових виробів, а також на ефективність всього виробництва. При цьому не забувають і про обладнання для зварювання металу - його створенню і переоснащенню приділяється величезна увага.
Безперервне ускладнення конструкцій і зростання обсягів зварювання вимагає проводити постійну технологічну перепідготовку виробництва, тобто покращувати його трудомісткість, економічні показники, механізацію та автоматизацію.
Що таке зварні з "єднання
Зазвичай, щоб отримати складну конструкцію, потрібно об 'єднати між собою окремі елементи: деталі, агрегати, вузли. У таких об "єднаннях беруть участь роз" ємні або нерозйомні з "єднання.
Нерозйомними з 'єднаннями, в отриманні яких використовували ручний зварювання, називають зварні сполуки. Як правило, таким чином скріплюють металеві вироби. Але зварні сполуки застосовуються і для неметалевих деталей - пластмасових, керамічних або з поєднання того й іншого.
Щоб отримати зварне з 'єднання, не потрібні додаткові з' єднувальні елементи (заклепки, накладки). З 'єднання тут утворюють внутрішні сили системи, тобто атоми металу двох деталей утворюють між собою зв' язки. Іони та електрони взаємодіють між собою, утворюючи металевий зв 'язок.
Для того щоб отримати зварне з 'єднання, недостатньо просто скріпити деталі - їм потрібна деяка додаткова енергія, за допомогою якої атоми подолають енергетичний бар' єр. Цю енергію вони отримують при зварюванні шляхом термічної або механічної активації. Таким чином, щоб отримати зварні з 'єднання, потрібно зблизити частини і докласти енергію активації.
Види зварювання
Від того, яка активація лежить в основі зварного з 'єднання, виділяють основні способи зварювання: плавлення і тиск.
При першому вигляді кромки деталей, що з 'єднуються, оплавляють за допомогою джерела нагріву. На таких поверхнях з 'являється рідкий метал. Коли він зливається в масу, виходить рідка зварювальна ванна. Потім зварювальна ванна охолоджується, рідкий метал стає твердим, і виходить зварною шов.
Зварювання тиском - це безперервне або уривчасте спільне пластичне деформування кромок металевих деталей. За допомогою пластичної деформації міжатомні зв 'язки в сполучуваних частинах встановлюються легше і швидше. Щоб прискорити процес, при зварюванні використовують тиск і нагрів.
Зварювання під тиском, її способи
Що собою являє даний вид, ми описали вище, тепер розглянемо способи зварювання металів під тиском:
Контактне зварювання. Тут деталі нагріваються теплом, яке утворюється у зварюваних деталях, коли через них пропускають струм. Після того як деталі нагрілися або трохи розплавилися, їх здавлюють. Так відбувається сама зварювання. Способи зварювання: стиковий, точковий, шовний.
При стиковому зварюванні деталі затискають струмоприводними затисками, з 'єднують торці і пускають зварювальний струм. У місцях затисків деталі нагріваються, потім їх стискають. Так виходить зварне з 'єднання. Такий спосіб в основному застосовують при з 'єднанні труб і деталей з компактним перерізом. Способи зварювання труб можуть бути й іншими, але основним вважається цей.
При точковому зварюванні деталі з 'єднують за допомогою окремих точок. Таким методом скріплюються листові деталі. Аркуші, які потрібно зварити, складають один на одного і стискають їх за допомогою мідних циліндричних електродів зварювального апарату. Після цього пускають струм. Так виходить точкове зварне з 'єднання. Таке з 'єднання виконується швидко і якісно.
Шовний зварювання застосовують також для того, щоб з 'єднати листові деталі. Цей вид зварювання схожий на попередній, тільки в даному випадку електроди - це мідні диски, які перекочуються за зварюваними кромками. Струм при цьому з 'єднанні слід пускати переривчасто. Саме шовне з 'єднання виходить дуже міцним і щільним.
Ультразвуковий зварювання - ще один вид. В її основі лежить спільний вплив на зварювані металеві деталі ультразвукових коливань і стискаючого зусилля. Спеціальні ультразвукові генератори перетворюють електричну енергію на механічну. Коли зварюваним деталям повідомляють механічні коливання, починається вібрація з частотою ультразвуку. Ця вібрація викликає тертя, за допомогою якого поверхні розігріваються, після цього відбувається стиснення - і з 'єднання готове. Цей спосіб використовують при скріпленні тонких металевих деталей або при зварюванні неметалевих виробів (з пластмаси).
Зварювання за допомогою тертя. Цей метод передбачає тертя зварюваних частин до їх розігріву. Після цього деталі в пластичному стані стискають, і утворюється з 'єднання. Таке зварювання використовують, коли виготовляють складовий інструмент (сверла, різці, розгортки та ін.), а також, коли необхідно з 'єднати різнорідні матеріали.
Диффузійне зварювання. Деталі при такому зварюванні трохи нагріваються і незначно стискаються, після чого їх поміщають у вакуумовану камеру і витримують там певний час. Такі умови підштовхують атоми в поверхнях деталей до взаємної дифузії. Для нагрівання зазвичай використовується індукційний спосіб. Великий плюс цього методу - деталі при цьому не розплавляються і не деформуються. З його допомогою можна з 'єднувати практично будь-які метали та їх поєднання, а також металеві деталі з неметалевими - з кераміки, скла, графіту.
Високочастотне зварювання. Тут кромки розігріваються за допомогою струмів високої частоти і потім здавлюються. Цим способом зварюють поздовжні шви труб зі сталі, латуні та ін.
Холодне зварювання. При цьому способі зварювання здійснюється сильним здавлюванням деталей. У цьому випадку відбувається сильна деформація металу і виконується сполука. Ніякого нагріву при цьому немає. Таким чином з 'єднують пластичні деталі, наприклад мідь або алюміній. Використовується в електротехнічній промисловості.
Зварювання за допомогою вибуху. Тут через вибух швидкосувні зварювані деталі ударяються, і утворюється з 'єднання. За допомогою даного методу отримують біметалічні заготовки, з 'єднують різнорідні матеріали. Розгляньмо, яка ще може бути зварювання.
Способи зварювання плавленням
Таких видів з 'єднання не так вже й багато.
Газове зварювання. Тут основний присадочний матеріал розплавляється від теплоти газового вогню, який виникає під час спалювання горючих газів і кисню. Зазвичай для цієї мети застосовують ацетилен, який, з 'єднуючись з киснем, дає дуже високу температуру полум' я. Дане зварювання застосовується для виробів зі сталі, кольорових металів, а також при різних видах ремонтних робіт.
Електронно-променеве зварювання. Для цього виду потрібна спеціальна камера, де висока роздільна здатність середовища. Основний метал плавиться за рахунок опромінення його швидколітними електронами. Вакуум у камері потрібен для того, щоб захистити зварюваний метал і запобігти іонізації середовища електронами. При цьому способі в місці нагріву утворюється висока концентрація теплоти. За допомогою електронно-променевого зварювання з 'єднують тугоплавкі, хімічно високоактивні метали, а також їхні сплави.
Лазерна. Тут розплавлення деталей виробляють при використанні енергії світлового променя, який видає оптичний квантовий генератор. При лазерному зварюванні в місці нагріву накопичується висока концентрація енергії. З його допомогою з 'єднують різні метали, їхні сплави і поєднання. Плюси лазерного зварювання: процес швидкий, невелика навколошовна зона і невеликий розмір зварного шва.
Це всі основні види і способи зварювання плавленням.
Класифікація
На сьогоднішній день існують різні способи зварювання. ГОСТ класифікує зварювальні процеси більш ніж на 150 різновидів. В основі класифікації лежать такі ознаки: фізичні, технічні та технологічні. Класифікація способів зварювання за фізичними ознаками поділяє всі види на три класи: термічний, термомеханічний і механічний. В основі цього поділу лежить форма енергії, яка використовується при зварному з 'єднанні.
У термічний клас входять ті види, де присутня теплова енергія:
- газова;
- дугова;
- електрошлакова;
- електронно-променева;
- лазерна тощо.
У термомеханічний клас входять ті види зварювання, де присутні теплова енергія і тиск:
- контактна;
- дифузійна;
- газопресова;
- дугопресова;
- ковальська та ін.
До механічного класу належить зварювання тиском, тобто де використовується механічна енергія:
- холодне зварювання;
- зварювання тертям;
- ультразвукова тощо.
Технічні ознаки класифікації такі:
- спосіб захисту металу в місці зварювання;
- безперервність процесу;
- механізація процесу зварювання.
Технологічні ознаки у кожного способу свої, і встановлюються індивідуально. Наприклад, в основі класифікації дугового зварювання може лежати: вид електрода, характер захисту, рівень автоматизації тощо.
Технологія контактного зварювання та обладнання для неї
Контактне зварювання є одним з найпоширеніших видів. Виникла вона в XVIII столітті, а в XIX столітті з 'явилося спеціальне обладнання для контактного зварювання. Аж до 2000-х років вона розвивалася і масово впроваджувалася на виробництві, і до сьогоднішнього дня це найпродуктивніша зварювання.
Способи зварювання цим способом ми вже розглянули вище. Це точкова, шовна і стикова.
Спосіб контактного зварювання визначається за конструкторсько-технологічними ознаками процесу. До них належать:
- рід зварювального струму;
- форма імпульсу;
- місце підведення струму;
- кількість імпульсів;
- кількість точок, які потрібно зварити одночасно;
- характер нагріву металу;
- характер стиснення зварювального місця;
- ступінь деформації зварювального місця;
- підготовка поверхні зварюваних частин;
- тип з 'єднання деталей;
- додаткові джерела нагріву;
- інтенсивність режиму зварювання.
Поєднуючи різні конструкторсько-технологічні ознаки, можна отримати близько 200 способів контактного зварювання.
Основними достоїнствами є:
- миттєве створення висококонцентрованого спрямованого потоку теплової енергії;
- простий технологічний процес;
- мінімальна витрата електроенергії, повітря та води;
- для утворення з 'єднання не потрібен присадочний дріт, захисні середовища та інші допоміжні матеріали;
- мінімальна вимушена деформація при зварному з 'єднанні;
- відсутність короблення і зони термовлення;
- легка механізація та автоматизація при завантаженні та вивантаженні деталей, через що забезпечується висока продуктивність.
Контактне зварювання застосовується в багатьох областях: і космічні апарати, і мікросхеми в електроніці, і магістральні трубопроводи, і предмети побутового споживання.
Цим методом користуються при з 'єднанні конструкційних, легованих, жаропрочних і корозійно-стійких сталей, титанових, алюмінієвих, магнієвих сплавів, латуні, бронзи, тугоплавких сплавів і композиційних металів.
За допомогою контактного зварювання масово виробляють автомобілі, пасажирські вагони, прилади електроніки, прокладають магістральні трубопроводи і рейкові шляхи.
Газове зварювання
При газовому зварюванні металеві вироби з 'єднуються при плавленні кромок деталей. Цей метод досить простий, не вимагає складного обладнання, а також при таких роботах не потрібна електроенергія. Але цей спосіб має і свої недоліки: невелика швидкість і велика зона нагріву зварюваного виробу.
І все ж газове зварювання активно застосовують у різних галузях. Вона використовується для ремонту, для виготовлення тонких сталевих листів, тонкостінних труб, а також абсолютно різних деталей.
При здійсненні такого зварювання використовується газова пальниця, яка працює на пальному газі з киснем. При горінні виробляється теплова потужність, її можна регулювати за допомогою наконечників.
Існують такі способи газового зварювання: правий і лівий. При лівому способі процес проходить справа наліво. Тут майстер не направляє полум 'я прямо на виріб, а присадочний дріт переміщує перед полум' ям пальники.
Цей спосіб найбільш популярний, за допомогою нього зварюють досить тонкі вироби і легкоплавкі метали. Він підігріває кромки виробу, що дозволяє добре переміщатися зварювальній ванні. При цьому майстер добре контролює освіту зварювального з 'єднання, що забезпечує хорошу якість і кращий зовнішній вигляд.
При правому способі напрямок інший - зліва направо. Полум 'я тут прямує прямо на зварений шов, а присадочний дріт переміщається за полум' ям. Даний спосіб краще захищає зварювальну ванну від повітря, метал охолоджується повільно і тепло по виробу поширюється повільніше.
Правий спосіб вважається більш економічним і високопродуктивним. При цьому лівим способом краще зварювати тонкі метали, тут продуктивність буде більш оптимальною.
З 'єднання чавуну
Як відомо, чавун зварюється погано, тому такі конструкції з нього не виготовляють. Зварюють чавун у двох випадках: виправляючи вади різних відливок і ремонтуючи окремі чавунні деталі заводського обладнання.
Значно ускладнюють процес специфічні властивості матеріалу:
- чавун не переносить високі швидкості охолодження, притаманні зварюванню;
- відрізняється своїми низькими пластичними властивостями і чутливістю до перенапруження;
- при охолодженні обсяг чавуну збільшується, що створює напружений стан в зоні зварювання;
- під час процесу вигоряє вуглець, який входить до складу чавуну, що робить метал пористим.
Незважаючи на це, цей матеріал з 'єднують досить часто. Існують такі способи зварювання чавуну:
Гаряча. Тут чавун нагрівається рівномірно і потім повільно охолоджується. Це забезпечує графізацію матеріалу і запобігає виділенню вуглецю.
Напівгоряча. Тут також досягають графітизації чавуну, але іншим способом - вводячи в зону зварювання графітізуючі речовини. При цьому виріб підігрівають за допомогою готового полум 'я.
Холодна. При такому типі зварювання виріб не підігрівають, а сам процес відбувається за допомогою сталевих електродів, електродів і спеціальних сплавів, за допомогою чавунних електродів.
Дугова
Дугова зварювання є найбільш поширеним методом. Сам процес являє собою зварювання плавленням, при якому кромки нагріваються від тепла електричної дуги. Існують такі способи дугового зварювання:
Електрошлакова. Полягає в плавленні оброблюваних виробів і електрода за допомогою теплоти, яку виділяє струм, проходячи через розплавлений шлак.
Зварювання в захисному газі. Вона відбувається за допомогою неплавного або плаваючого електрода. У першому випадку кромки формують зварне з 'єднання. У другому випадку шов утворює розплавлений електродний дріт. Щоб шов під час обробки не окислився, його захищають спеціальним газом.
Дугова ручна зварка. Виробляється двома способами: електродом, що плавиться і неплавиться.
Ручне дугове зварювання неплавним електродом полягає у зіткненні оброблюваних кромок виробу. Такий тип сполук електродом відбувається за допомогою штучного з покриттям-обмазкою.