Зварювання під шаром флюсу
Даний процес зварювання аналогічний ручному дуговому зварюванні, але відрізняється тим, що електродом служить дріт, який подається з котушки і підводиться до місця зварювання через шар флюсу, який наноситься у міру просування тримача електрода або зварювальної головки. Саму дугу при цьому не видно. Процес зварювання допускає майже повну автоматизацію і може забезпечувати високу продуктивність при великій товщині зварюваних деталей.
Швидкість зварювання за такої технології більша, але потрібен час для підготовки деталей до зварювання. Тому зварювання під флюсом економічно виправдане тільки при великому обсязі робіт.
Зварювання плавким електродом
 | ||||||||||||||||||
| Мал.1 (1. Напрямок зварювання, 2. Оболонка захисна, 3. Дріт зварювальний, 4. Газ захисний, 5. Ванна рідкого металу, 6. Шов зварний, 7.Метал основний |
Цей вид зварювання охоплює ряд споріднених технологій, подібних до зварювання під флюсом. Роль флюсу в них відіграє газ, що виходить зі зварювального сопла та охоплює кінець електрода, дугу і зварювальну ванну. Можна одержувати різні характеристики дуги, використовуючи аргон, гелій, вуглекислий газ або суміш перерахованих газів і вводячи при необхідності малі добавки кисню. Головні переваги таких технологій — можливість зварювання хімічно активних металів (алюмінію, магнію, нержавіючої сталі, міді, нікелю), чистота, можливість візуального контролю, більша швидкість і можливість зварювання в незручних положеннях. Діапазон товщини — від 0,1 мм до дуже великих. Для сопла може бути передбачене водяне охолодження.
Важливі різновиди такої технології — дугове зварювання методом обпирання і варіанти імпульсно-дугового зварювання. Ці різновиди дозволяють одержувати деякі специфічні характеристики зварювання за рахунок зміни умов перенесення металу через дугу. Вони дають переваги при зварюванні тонких листів у будь-якому просторовому положенні, а також деталей великого поперечного перерізу у вертикальному і навісному положеннях.
Зварювання неплавким електродом
Цей метод відрізняється від попередніх тим, що в ньому використовується короткий вольфрамовий неплавкий електрод. Під дією тепла від дугового розряду плавиться основний метал поблизу дуги. Присадковий метал, якщо він необхідний, підводять окремо у вигляді стрижня або дроту намотаного на котушки. Зона зварювання обдувається ззовні інертним газом (аргоном або гелієм) для захисту від атмосферного повітря.
Такий метод допускає точний контроль як при ручному, так і при механізованому зварюванні деяких металів (алюмінію, магнію, нікелю, нержавіючої сталі) і деталей складних контурів. Параметри зварювальної машини вибираються з урахуванням зварюваного металу і вимог до виробу. Наприклад, при зварюванні алюмінію і магнію зварювальною машиною змінного струму коло зварювального струму повинне доповнюватися високочастотним колом стабілізації дуги, або використовують джерело струму з більшою напругою розімкнутого кола.
Газополум'яне зварювання
Газополум'яне зварювання — зварювання плавленням, під час якого крайки з'єднуваних частин нагрівають полум'ям газів, що спалюються на виході пальника для газового зварювання. Гази зазвичай підводять до зварювального пальника по гнучких шлангах від газових балонів високого тиску, обладнаних редукційним клапаном, що знижує тиск. Зварювальник тримає в одній руці пальник, а в іншій — присадковий прутик. Цей метод особливо підходить для зварювання сталевих трубопроводів малого діаметра, а також для приєднання арматур до трубопроводів, ремонтних робіт, пайки-зварювання.
Електрошлакове зварювання
Електрошлакове зварювання — зварювання плавленням, при якому для нагрівання металу використовують тепло, що виділяється при проходженні електричного струму через розплавлений електропровідний шлак.
Електронно-променеве зварювання
Електронно-променеве зварювання — в даному способі зварювання, для нагріву призначених для з'єднання частин використовують енергію електронного променя. Тепло виділяється за рахунок бомбардування зони зварювання спрямованим електронним потоком.
Лазерне зварювання
Місцеве розплавлення призначених для з'єднання частин при лазерному зварюванні здійснюється енергією світлового проміння, отриманого від оптичного квантового генератора — лазера.
Термітне зварювання
При термітному зварюванні використовують тепло, яке утворилося в наслідок спалювання терміту — порошку (суміші алюмінію і окислів заліза).
Газове зварювання
При газовому зварюванні використовується тепло полум'я, що утворюється при спалюванні горючого газу в струмені технічного кисню. Найчастіше в якості горючого газу застосовують ацетилен С2Н2 , що при згорянні в атмосфері кисню О2 дає найбільш високу температуру – до 3150 оС. Крім того, використовують водень Н2 , природний і коксовий газ і пари гасу. Ацетилен для газового зварювання одержують розкладенням карбіду кальцію СаС2 в ацетиленовому газоґенераторі. Основним інструментом газового зварювання служить газовий пальник.
Обладнання для газового зварювання можна використати для розрізання сталевих елементів товщиною 10—15 мм і більше. Існує також спеціальне устаткування для підводного різання. При, так званому різанні кисневим списом, нагріта сталь окислюється і видувається з утвореного вузького прорізу, тонким струменем кисню, який підводиться під високим тиском.
Плазмове зварювання
Плазмове зварювання — зварювання плавленням, при якому нагрів крайок деталей, які необхідно з'єднати, відбувається за рахунок тепла потоку плазми, утвореної дуговим розрядом і спрямованої на деталі через сопло.
Процес зварювання деталей ділиться на дві стадії. На першому етапі матеріал необхідно зблизити на таку відстань, щоб почали діяти міжатомні сили, при звичайних умовах це зробити неможливо, навіть якщо матеріали будуть дуже якісно оброблені. На поверхні утворюються окисли, жирова плівка та інше, що не дозволяє з’єднати матеріали при звичайних умовах.
Для того щоб забезпечити з’єднання деталей, необхідно або розплавити метал, або створити його пластичну деформацію, шляхом дії на нього великого тиску.
На другій стадії процесу відбувається взаємодія між атомами на електронному рівні і відбувається утворення міцної атомної зв’язку, якщо з’єднуються метали. Якщо з’єднують напівпровідники або діелектрики, утворюється ковалентний зв’язок.
Існують такі типи з’єднання: зварювання з використанням тиску, за допомогою плавлення і термомеханічне зварювання.
Термомеханічний клас
Контактне зварювання
Контактне зварювання — технологічний процес утворення з'єднання в результаті нагрівання металу пропущеним через нього електричним струмом і пластичної деформації зони з'єднання під дією направленого на стиск зусилля.
Точкове зварювання
При даному методі крайки призначених для з'єднання металевих листів, накладають один на інший з досить великим напуском, щоб можна було стиснути їх двома електродними стрижнями (з регульованим зусиллям) на час проходження потужного імпульсу струму. Місце контакту двох щільно стиснених поверхонь сильно нагрівається струмом, і в цьому місці вони сплавляються, утворюючи точкове з'єднання. Якщо зварювання виконане правильно, то при тестуванні звареного з'єднання воно руйнується не по зварному шву.
Шовне зварювання
Шовне зварювання проходить так само, як і точкове. Різниця між ними у тому, що при шовному зварюванні деталі затискаються між електродами-роликами, які в процесі зварювання обертаються, переміщаючи зварювані деталі
. Імпульси зварювального струму виникають один за іншим через установлену паузу. Сукупність багатьох точок, що взаємно перекривають одна одну, утворює суцільний зварний шов.
Стикове зварювання
За допомогою стикового зварювання з'єднують прути, профільний прокат, труби по всій площі їхніх торців. Деталі затискають в електродах-лещатах, потім притискають одну до одної з'єднувальними поверхнями, і пропускають зварювальний струм. Розрізняють стикове зварювання опором і оплавленням.
При зварюванні опором деталі притискають із великим зусиллям (2…5 кгс/мм²). Зварювальний струм нагріває деталі до температури 0,8…0,9 від температури плавлення. У стику відбувається пластична деформація, з'єднання утворюється без розплавлення металу. Цим способом не завжди вдається забезпечити рівномірне нагрівання деталей великого перетину по всій площі і досить повно виділити зі стику деталей окисні плівки. Тому стикове зварювання опором застосовують тільки для з'єднання деталей малого перетину (до 200…300 мм²): дротів, труб, прутів з низьковуглецевих сталей.
При зварюванні оплавленням деталі притискають одна до іншої дуже малим зусиллям при включеному зварювальному трансформаторі. Окремі контакти поверхонь миттєво оплавляються, виникають нові контакти, які оплавляються теж. Під дією електродинамічних сил рідкі прошарки металу оплавлених контактів разом з окислами і забрудненнями викидаються зі стику деталей. Поверхні поступово оплавляються, після чого зусилля стиску різко збільшують — відбувається осад. При цьому протягом 0,1 с через стик ще пропускають струм. Рідкий метал разом із залишковими окислами, витісняється із зони стику в ґрат — з'єднання утворюється між твердими, але пластичними поверхнями. При зварюванні оплавленням хімічно активні зони металів у місцях з'єднання захищають інертними газами.
Дифузійне зварювання
При дифузійному зварюванні поверхні, що з'єднуються, стискають і нагрівають (але не до розплавлювання металу) у вакуумі. Зварний шов утворюється в результаті дифузії одного матеріалу в інший. Застосування такої технології економічно виправдано тільки тоді, коли потрібно виготовляти деталі з дорогих матеріалів (титану, цирконі
ю і т. д.) з дуже малими допусками на розміри. Основні області застосування дифузійного зварювання — авіакосмічна, електронна, інструментальна промисловість, ядерні технології.
Ковальське зварювання
Ковальське (горнове) зварювання — найдавніший вид зварювання стисканням. Протягом майже трьох тисячоліть людство широко користувалося залізом, не вміючи його розплавити, тому до заліза не можна було застосовувати давно відоме ливарне зварювання, і було винайдене ковальське зварювання, спосіб, призначений для заліза. Розквіту і розвитку ковальського зварювання надзвичайно сприяв і сам спосіб виробництва заліза, що існував протягом тисячоліть до другої половини XIX сторіччя.
Суть ковальського зварювання полягає в тому, що при деформуванні відбувається зближення металевих поверхонь, і між атомами кристалічних ґраток починають діяти потужні сили притягання. У випадку, якщо матеріал має високу пластичність, його можна зводити (зварювати) нагріванням у ковальському горні. При виконанні зварювання до зварювального флюсу можна додати стружку низьковуглецевої сталі: у процесі горіння вона поглинає вуглець, і зварювання виходить при цьому помітно міцнішим.
Зварювання тертям
Розігрів поверхонь відбувається за рахунок обертання деталі навколо іншої, нерухомої, зберігаючи контакт між поверхнями. При наступному різкому притисненні поверхонь деталей локалізоване нагрівання приводить до їхньої сплавки.
Зварювання відбувається під дією ультразвукового променя в місці з'єднання попередньо стиснутих деталей. Точковим або безперервним швом зварюються тонкі алюмінієві і мідні фольги, а також пластикові плівки. Зварювальним інструментом служить ультразвуковий випромінювач, який перетворює електричні коливання в механічні. Використовується для запечатування пакувальної алюмінієвої фольги і пластикової плівки. Виконання швидке і економічне.
Метал нагрівається пропущенням через нього струмом високої частоти після чого різко здавлюється. Струми високої частоти найзручніші для введення в метал індукційним безконтактним способом; крім того, вони зручні для концентрації в зоні нагрівання з використанням поверхневого ефекту та ефекту близькості і великого індуктивного опору шунтувальних шляхів. Тому практично завжди використовують струми високої частоти від лампових або машинних генераторів. Найбільше застосування метод знаходить при зварюванні труб.
Метод ручної зварки
Якщо розглядати види зварювання, то найчастіше зустрічається саме електродугове зварювання. Тепло створюється за рахунок виникнення між електродами дуги, і одним з них є зварювальна деталь.
Для того щоб запалилася дуга, треба провести коротке замикання, для чого електрод з’єднують з заготівлею, потім його відводять на 3-5 мм, і утворюється стійка зварювальний дуга.
Схема ручної зварки
Електрони, що імітовані електродом, прискорюються, проміжок між електродами іонізується, що дозволяє створити стійку дугу. Температура дуги досягає 6000 градусів, найчастіше проводять зварювання електродом, покритим спеціальним складом, що має таке призначення: захист розплаву від дії навколишнього середовища; насичення шва різними елементами.
Для того щоб захистити розплав спеціальною оболонкою, до складу покриття електрода входять крейда, мармур, оксиди і польові шпагати, в неї входять утворюють гази. Для проведення легування шва, до складу оболонки входять алюміній, ферохром, ферротитан і інші елементи, для того щоб усунути оксиди заліза, використовують раскислители.
Для того щоб отримати міцний і якісний шов, електрод необхідно розташовувати під кутом 15-20 градусів до заготівлі і плавно переміщати уздовж деталей, що з’єднуються на відстані від них в 3-5 мм. Для отримання валікообразнимі шва, електродом треба робити невеликі коливальні рухи поперек шва.
АВТОМАТИЧНЕ ЗВАРЮВАННЯ ЕЛЕКТРОДОМ, ЩО ПЛАВИТЬСЯ ПІД ФЛЮСОМ І ЕЛЕКТРОШЛАКОВИЙ МЕТОД
Існують різні види зварювання, і одним з них є автоматичний метод зварювання електродом, що плавиться під флюсом. На з’єднується деталь насипають флюс товщиною 5-6 см, і горіння дуги відбувається не в повітрі, а під розплавленим флюсом, що не допускає контакту шва з повітрям.
Це необхідно при роботі з великими струмами (1000-1200А), і при цьому не відбувається розбризкування металу, не порушується форма шва. Робота з відкритою дугою при таких великих токах неможлива. В даному випадку матеріали з’єднуються за рахунок розплавлення приблизно 70% самого металу і тільки 30% електрода.
Аргонодуговая зварювання неплавким електродом
Для зварювання використовується дріт без оболонки, вона подається автоматично з котушки за допомогою головки зварювального автомата, за спеціальною трубі перед головкою з дротом подається зернистий флюс.
Основною перевагою вказаного методу є висока якість отриманого шва, а за рахунок його автоматизації досягається висока продуктивність.
Розробляються нові види зварювання, і одним з них є електрошлакове зварювання деталей. Перед проведенням зварювання деталі посипають шлаком, він нагрівається до температури, яка вища за температуру плавлення деталей, що з’єднуються і електрода.
Спочатку процес йде аналогічно, як і при зварюванні під флюсом, але після розплавлення шлаку дуга припиняє горіти і заготовки з’єднуються за рахунок того, що струм проходить через розплав. Цей спосіб дозволяє зварювати товстий метал, шов виходить якісним, а продуктивність виконання робіт дуже висока.
Переваги електрошлакового зварювання:
Зварювання неплавким електродом
Цей метод відрізняється від попередніх тим, що в ньому використовується короткий вольфрамовий неплавкий електрод. Під дією тепла від дугового розряду плавиться основний метал поблизу дуги. Присадковий метал, якщо він необхідний, підводять окремо у вигляді стрижня або дроту намотаного на котушки. Зона зварювання обдувається ззовні інертним газом (аргоном або гелієм) для захисту від атмосферного повітря.
Такий метод допускає точний контроль як при ручному, так і при механізованому зварюванні деяких металів (алюмінію, магнію, нікелю, нержавіючої сталі) і деталей складних контурів. Параметри зварювальної машини вибираються з урахуванням зварюваного металу і вимог до виробу. Наприклад, при зварюванні алюмінію і магнію зварювальною машиною змінного струму коло зварювального струму повинне доповнюватися високочастотним колом стабілізації дуги, або використовують джерело струму з більшою напругою розімкнутого кола.Газополум'яне зварювання
Газополум'яне зварювання — зварювання плавленням, під час якого крайки з'єднуваних частин нагрівають полум'ям газів, що спалюються на виході пальника для газового зварювання. Гази зазвичай підводять до зварювального пальника по гнучких шлангах від газових балонів високого тиску, обладнаних редукційним клапаном, що знижує тиск. Зварювальник тримає в одній руці пальник, а в іншій — присадковий прутик. Цей метод особливо підходить для зварювання сталевих трубопроводів малого діаметра, а також для приєднання арматур до трубопроводів, ремонтних робіт, пайки-зварювання.
Електрошлакове зварювання
Електронно-променеве зварювання
 |
| Апарат для лазерного зварювання |
Лазерне зварювання
Місцеве розплавлення призначених для з'єднання частин при лазерному зварюванні здійснюється енергією світлового проміння, отриманого від оптичного квантового генератора — лазера.
Термітне зварювання
 |
| Термітне зварювання |
При термітному зварюванні використовують тепло, яке утворилося в наслідок спалювання терміту — порошку (суміші алюмінію і окислів заліза).
Газове зварювання
При газовому зварюванні використовується тепло полум'я, що утворюється при спалюванні горючого газу в струмені технічного кисню. Найчастіше в якості горючого газу застосовують ацетилен С2Н2 , що при згорянні в атмосфері кисню О2 дає найбільш високу температуру – до 3150 оС. Крім того, використовують водень Н2 , природний і коксовий газ і пари гасу. Ацетилен для газового зварювання одержують розкладенням карбіду кальцію СаС2 в ацетиленовому газоґенераторі. Основним інструментом газового зварювання служить газовий пальник.
 |
| Процес газового зварювання |
Обладнання для газового зварювання можна використати для розрізання сталевих елементів товщиною 10—15 мм і більше. Існує також спеціальне устаткування для підводного різання. При, так званому різанні кисневим списом, нагріта сталь окислюється і видувається з утвореного вузького прорізу, тонким струменем кисню, який підводиться під високим тиском.
Плазмове зварювання
Плазмове зварювання — зварювання плавленням, при якому нагрів крайок деталей, які необхідно з'єднати, відбувається за рахунок тепла потоку плазми, утвореної дуговим розрядом і спрямованої на деталі через сопло.
Процес зварювання деталей ділиться на дві стадії. На першому етапі матеріал необхідно зблизити на таку відстань, щоб почали діяти міжатомні сили, при звичайних умовах це зробити неможливо, навіть якщо матеріали будуть дуже якісно оброблені. На поверхні утворюються окисли, жирова плівка та інше, що не дозволяє з’єднати матеріали при звичайних умовах.
Для того щоб забезпечити з’єднання деталей, необхідно або розплавити метал, або створити його пластичну деформацію, шляхом дії на нього великого тиску.
На другій стадії процесу відбувається взаємодія між атомами на електронному рівні і відбувається утворення міцної атомної зв’язку, якщо з’єднуються метали. Якщо з’єднують напівпровідники або діелектрики, утворюється ковалентний зв’язок.Існують такі типи з’єднання: зварювання з використанням тиску, за допомогою плавлення і термомеханічне зварювання.
Термомеханічний клас
Контактне зварювання
Контактне зварювання — технологічний процес утворення з'єднання в результаті нагрівання металу пропущеним через нього електричним струмом і пластичної деформації зони з'єднання під дією направленого на стиск зусилля.
Точкове зварювання
При даному методі крайки призначених для з'єднання металевих листів, накладають один на інший з досить великим напуском, щоб можна було стиснути їх двома електродними стрижнями (з регульованим зусиллям) на час проходження потужного імпульсу струму. Місце контакту двох щільно стиснених поверхонь сильно нагрівається струмом, і в цьому місці вони сплавляються, утворюючи точкове з'єднання. Якщо зварювання виконане правильно, то при тестуванні звареного з'єднання воно руйнується не по зварному шву.
 |
| Шовне зварювання |
Шовне зварювання
Шовне зварювання проходить так само, як і точкове. Різниця між ними у тому, що при шовному зварюванні деталі затискаються між електродами-роликами, які в процесі зварювання обертаються, переміщаючи зварювані деталі
. Імпульси зварювального струму виникають один за іншим через установлену паузу. Сукупність багатьох точок, що взаємно перекривають одна одну, утворює суцільний зварний шов.
Стикове зварювання
За допомогою стикового зварювання з'єднують прути, профільний прокат, труби по всій площі їхніх торців. Деталі затискають в електродах-лещатах, потім притискають одну до одної з'єднувальними поверхнями, і пропускають зварювальний струм. Розрізняють стикове зварювання опором і оплавленням.
 |
| Стикове зварювання непреривним оплавленням труби газопроводу діаметром 1420 мм |
При зварюванні оплавленням деталі притискають одна до іншої дуже малим зусиллям при включеному зварювальному трансформаторі. Окремі контакти поверхонь миттєво оплавляються, виникають нові контакти, які оплавляються теж. Під дією електродинамічних сил рідкі прошарки металу оплавлених контактів разом з окислами і забрудненнями викидаються зі стику деталей. Поверхні поступово оплавляються, після чого зусилля стиску різко збільшують — відбувається осад. При цьому протягом 0,1 с через стик ще пропускають струм. Рідкий метал разом із залишковими окислами, витісняється із зони стику в ґрат — з'єднання утворюється між твердими, але пластичними поверхнями. При зварюванні оплавленням хімічно активні зони металів у місцях з'єднання захищають інертними газами.
Дифузійне зварювання
 |
| Дифузійне зварювання |
ю і т. д.) з дуже малими допусками на розміри. Основні області застосування дифузійного зварювання — авіакосмічна, електронна, інструментальна промисловість, ядерні технології.
Ковальське зварювання
 |
| Ковальське зварювання |
Суть ковальського зварювання полягає в тому, що при деформуванні відбувається зближення металевих поверхонь, і між атомами кристалічних ґраток починають діяти потужні сили притягання. У випадку, якщо матеріал має високу пластичність, його можна зводити (зварювати) нагріванням у ковальському горні. При виконанні зварювання до зварювального флюсу можна додати стружку низьковуглецевої сталі: у процесі горіння вона поглинає вуглець, і зварювання виходить при цьому помітно міцнішим.
Механічний клас
Зварювання вибухом
Тепло виділяється локально за рахунок тертя між з'єднуваними поверхнями. Рух викликається контрольованим вибухом, що з величезною силою стискає контактуючі поверхні. У зоні зварювання відбуваються взаємопроникнення хвилеподібної форми і часткова сплавка. Метод застосовується для плакування таких металів, як сталь, стороннім матеріалом, наприклад алюмінієм.Зварювання тертям
Розігрів поверхонь відбувається за рахунок обертання деталі навколо іншої, нерухомої, зберігаючи контакт між поверхнями. При наступному різкому притисненні поверхонь деталей локалізоване нагрівання приводить до їхньої сплавки.
Ультразвукове зварювання
Індукційне зварювання
Метал нагрівається пропущенням через нього струмом високої частоти після чого різко здавлюється. Струми високої частоти найзручніші для введення в метал індукційним безконтактним способом; крім того, вони зручні для концентрації в зоні нагрівання з використанням поверхневого ефекту та ефекту близькості і великого індуктивного опору шунтувальних шляхів. Тому практично завжди використовують струми високої частоти від лампових або машинних генераторів. Найбільше застосування метод знаходить при зварюванні труб.Метод ручної зварки
Якщо розглядати види зварювання, то найчастіше зустрічається саме електродугове зварювання. Тепло створюється за рахунок виникнення між електродами дуги, і одним з них є зварювальна деталь.
Для того щоб запалилася дуга, треба провести коротке замикання, для чого електрод з’єднують з заготівлею, потім його відводять на 3-5 мм, і утворюється стійка зварювальний дуга.
Схема ручної зварки
Для того щоб захистити розплав спеціальною оболонкою, до складу покриття електрода входять крейда, мармур, оксиди і польові шпагати, в неї входять утворюють гази. Для проведення легування шва, до складу оболонки входять алюміній, ферохром, ферротитан і інші елементи, для того щоб усунути оксиди заліза, використовують раскислители.
Для того щоб отримати міцний і якісний шов, електрод необхідно розташовувати під кутом 15-20 градусів до заготівлі і плавно переміщати уздовж деталей, що з’єднуються на відстані від них в 3-5 мм. Для отримання валікообразнимі шва, електродом треба робити невеликі коливальні рухи поперек шва.
АВТОМАТИЧНЕ ЗВАРЮВАННЯ ЕЛЕКТРОДОМ, ЩО ПЛАВИТЬСЯ ПІД ФЛЮСОМ І ЕЛЕКТРОШЛАКОВИЙ МЕТОД
Існують різні види зварювання, і одним з них є автоматичний метод зварювання електродом, що плавиться під флюсом. На з’єднується деталь насипають флюс товщиною 5-6 см, і горіння дуги відбувається не в повітрі, а під розплавленим флюсом, що не допускає контакту шва з повітрям.
Аргонодуговая зварювання неплавким електродом
Для зварювання використовується дріт без оболонки, вона подається автоматично з котушки за допомогою головки зварювального автомата, за спеціальною трубі перед головкою з дротом подається зернистий флюс.
Основною перевагою вказаного методу є висока якість отриманого шва, а за рахунок його автоматизації досягається висока продуктивність.
Розробляються нові види зварювання, і одним з них є електрошлакове зварювання деталей. Перед проведенням зварювання деталі посипають шлаком, він нагрівається до температури, яка вища за температуру плавлення деталей, що з’єднуються і електрода.
Спочатку процес йде аналогічно, як і при зварюванні під флюсом, але після розплавлення шлаку дуга припиняє горіти і заготовки з’єднуються за рахунок того, що струм проходить через розплав. Цей спосіб дозволяє зварювати товстий метал, шов виходить якісним, а продуктивність виконання робіт дуже висока.
Переваги електрошлакового зварювання:
- так як зварне пристрій розташовується вертикально, то із зони зварювання добре видаляються шлак, домішки і газові бульбашки;
- зварений шов виходить великий щільності;
- шов не схильний до утворення тріщин;
- продуктивність з’єднання деталей, що мають велику товщину, в 20 разів перевищує продуктивність автоматичного зварювання під флюсом;
- дозволяє з’єднувати заготовки великих розмірів, використовується в мостобудуванні, суднобудуванні, будівництві прокатних верстатів і ін.
ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВА, ПЛАЗМОВА І ДИФУЗІЙНА ЗВАРЮВАННЯ
Під час проведення електронно-променевого зварювання в якості джерела тепла використовується пучок електронів, що має велику енергію. Під час проведення робіт електрони проникають в деталі і сильно її розігрівають, поки температура не досягне межі плавлення.
Для отримання високої якості шва весь процес відбувається у вакуумі. При цьому процесі можна зробити дуже тонкий промінь, тому вказаний спосіб є незамінним при проведенні з’єднання мікродеталей.
Схема електронно-променевого зварювання.
Під час плазмового зварювання для нагріву використовують іонізований газ, його називають плазма. Потрапляючи в електричне поле, іони прискорюють свій рух, за рахунок чого відбувається нагрівання плазми до 20-30 тисяч градусів.
Для того щоб зварювати метали, застосовують плазмотрони прямої дії, а для зварювання напівпровідників або діелектриків використовують плазмотрони побічної дії. В цьому випадку не використовується електрод, плазма дуже чиста, і її застосування є високоефективним.
При проведенні дифузійної зварювання в верхніх шарах деталей відбувається дифузія атомів. Матеріал нагрівається до значень, які близькі до температури його плавлення, і процес відбувається у вакуумі. При цьому немає оксидної плівки, щоб якість з’єднання було високим, перед цим проводиться якісна обробка поверхонь деталей. Щоб відбулося з’єднання деталі, необхідно їх стиснути, для цього створюється зусилля в 10-20 МПа.
Для з’єднання деталей їх поміщають в вакуум і стискають між собою, потім їх нагрівають до певної температури, витримують зазначений час. Цей спосіб використовують, коли треба поєднати різні матеріали, наприклад, сталь, кераміку, титан, чавун та інші матеріали.
РІЗНОВИДИ ЗВАРЮВАННЯ — КОНТАКТНА, СТИКОВА І ШОВНА
При проведенні контактного зварювання через заготовку пропускають електричний струм, за рахунок чого відбувається її нагрів. Температуру доводять до того моменту, коли деталі стають пластичними, після чого їх здавлюють і отримують надійне з’єднання. Це один з видів зварювання з використанням тиску.
Контактне електричне зварювання
Цей вид з’єднання деталей має високу продуктивність, його легко автоматизувати, тому він використовується в будівництві, машинобудуванні та інших галузях. Контактна зварювання має такі різновиди: вона ділиться на стикового, шовний і точкове зварювання.
Стикове з’єднання деталей виконується за їх торцях. Спочатку деталі затискають в електродах, які виконані у вигляді губок, після цього стискають і пропускають електричний струм. Даний спосіб підходить для з’єднання деталей у вигляді смуг, труб, дроту та інших аналогічних деталей.
Способи стикового зварювання:
- за допомогою опору, метал в стику розігрівають до 0,9 температури його плавлення, і він з’єднується без розплавлення за рахунок того, що відбувається його пластична деформація;
- за допомогою оплавлення, при цьому спочатку деталі з’єднують в декількох точках, а потім пропускають великий струм, внаслідок чого деталі починають плавитися, проводиться осаду, рідкий метал разом з оксидною плівкою і оксидами видавлюється і відбувається надійне з’єднання деталей.
Чим вище буде температура нагріву деталей, тим менше зусилля стиснення буде потрібно для їх з’єднання.
Схема стикового зварювання.
При проведенні шовного зварювання деталі з’єднують внахлест, при цьому використовують дискові обертаються електроди, шов може бути переривчастим або безперервним. Для того щоб вийшов безперервний термічний шов, проводиться перекриття сусідніх точок наполовину їх діаметра.
Види шовного контактного зварювання:
- безперервне з’єднання;
- перериване з’єднання, коли роликиобертаються безперервно;
- перериване з’єднання, коли роликиобертаються періодично.
Дане з’єднання використовується при створенні судин. Діаметр роликів може бути від 4 до 35 см, зусилля стиснення до 600 кг, змінний струм може досягати 2000-5000А, за хвилину проводиться до 0,5 -0,6 метра з’єднання.
ТОЧКОВЕ КОНТАКТНЕ ЗВАРЮВАННЯ І МЕТОД КОНДЕНСАТОРНОГО ЗВАРЮВАННЯ
Деталі, які необхідно з’єднати, розташовують між електродами, потім їх стискають і пропускають струм. Після нагрівання деталей проводиться їх з’єднання, в даному випадку діаметр розплавленого ядра відповідає діаметру електрода, і зварювання виходить у вигляді точок. Є дво- або одностороння зварювання, все залежить від того, як розташовані електроди.
Схема контактного точкового зварювання.
Коли проводиться з’єднання деталей різної товщини, ядро буде зміщуватися в бік тієї деталі, що має велику товщину. Якщо різниця в товщині велика, то тонку деталь зварювання може не захопити. Щоб цього уникнути, нагрів тонкого листа може бути посилений за рахунок використання накладок, на ньому можуть створювати рельєф або використовувати з боку товстої заготовки електроди великого діаметра.
При проведенні рельєфного зварювання на деталі роблять рельєф, і в першу чергу контакт відбувається по ньому, після чого під тиском рельєф руйнується і деталь стає плоскою. Цей метод використовують для з’єднання заготовок невеликого розміру.
Під час проведення конденсаторного зварювання енергію виробляє джерело живлення, а потім вона накопичується в конденсаторах, після чого вона перетворюється в теплову енергію.
Конденсаторне зварювання буває:
- трансформаторна, при цьому розрядка конденсатора проводиться на первинну обмотку трансформатора, а деталь з’єднана з вторинною обмоткою
- бестрансформаторная, при цьому конденсатор розряджають на деталь.
Цей вид з’єднання деталей використовується при зварюванні тонких заготовок. При цьому способі з’єднання використовується невелика потужність, вона порядку 0,1-0.2 кВА, імпульс триває тисячні частки секунди, можна зварювати деталі, товщина яких в межах 0,005-1 мм. Вона використовується в приладобудуванні, при виробництві авіапріборов і електроніки.
ХОЛОДНЕ І ІНДУКЦІЙНЕ ЗВАРЮВАННЯ
Схема плазмового зварювання.
При даному способі з’єднання деталей відбувається виключно за рахунок їх пластичної деформації. Перевагою зазначеного методу є те, що процес може відбуватися при кімнатній або навіть мінусовій температурі.
За рахунок здавлювання відбувається зближення деталей, і між ними починають діяти міжатомні сили, за рахунок чого і відбувається надійне з’єднання. Стиснення сильне, і тому плівка окислів руйнується, і поверхня з’єднання стає чистою.
Перед з’єднанням поверхні треба ретельно очистити, щоб прибрати жирову плівку і домішки. Цей тип зварювання дозволяє отримувати точкові, стикові і шовні з’єднання. Він призначений для з’єднання труб, дроту, шин і може бути виконаний як встик, так і внахлест, тиск залежить від товщини з’єднуються заготовок, воно може бути від 1 до 3 ГПа.
Для зварювання труб уздовж використовують індукційну зварювання, також цим методом наплавляют тверді сплави на різці, долота для буріння і інший інструмент.
Метал нагрівають шляхом пропускання через нього високочастотного електричного струму, а потім здавлюють. Це безконтактне зварювання, ток локалізується поблизу поверхні деталі.
ОСОБЛИВОСТІ ЗВАРЮВАННЯ РІЗНИХ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ
Різні метали і сплави мають різну свариваемость, тобто здатність до з’єднання і створення шва з такими ж властивостями, як сама деталь. При проведенні зварювання в деталях практично завжди залишаються залишкові напруги, щоб отримати міцний і якісний шов, їх необхідно знизити.
Зварювання вуглецевих сталей.
Схема гарячої зварювання.
При проведенні зварки вуглецевих і легованих сталей використовують електроди, які забезпечують хороші механічні характеристики шва. Проблема в цьому випадку виникає в загартуванні зони біля шва і виникненні тріщин.
Щоб не утворювалися тріщини, необхідно:
- деталі попередньо нагрівати до 100-300 градусів;
- виконувати не одношарову, а багатошарову зварювання;
- з’єднання проводити електродами з покриттям, використовувати постійний струм зворотної полярності;
- після з’єднання деталі треба відпускати при температурі близько 300 градусів.
З’єднання високохромистих сталей.
Це стали, в складі яких до 12-28% хрому, вони не іржавіють і жаростійкі, можуть бути мартенситними, феритовими і ферритно-мартенситними, це буде залежати від того, яке в них кількість хрому і вуглецю.
При зварюванні феритових сталей, коли відбувається їх охолодження, при температурі близько 1000 градусів, може статися випадання зерен карбіду хрому.
Схема особливостей зварювання високолегованих сталей.
- використовувати низькі струми, щоб деталь швидше охолоджувалася;
- в сталь вводять карбідообразователі;
- після з’єднання деталі отжигают при температурі 900 градусів.
Мартенситні і ферито-мартенситні стали необхідно перед з’єднанням нагрівати до 200-300 градусів.
З’єднання чавуну.
Для зварювання чавунних деталей використовують їх підігрів до 400-600 градусів, використовують чавунні електроди, діаметр яких може бути 8-25 мм. Найкраще використовувати диффузионную зварювання.
Зварювання мідних деталей і деталей з сплавів міді.
Для цього найчастіше використовують газове зварювання або дугове зварювання з використанням металевих або вугільних електродів. Труднощі в з’єднанні мідних деталей виникають через наявність домішок кисню, водню і свинцю.
Зварювання алюмінію.
Тому, щоб цей процес відбувався без проблем, заважає наявність на поверхні деталей оксидної плівки. Щоб її позбутися, необхідно використовувати флюси. Добре алюмінієві деталі з’єднуються і дифузійної зварюванням.
НЕТРАДИЦІЙНІ МЕТОДИ ЗВАРЮВАННЯ
Схема зварювання встик.
Зварювання вибухом. Після проведення невеликого вибуху одна з деталей значно прискорюється, і при контакті деталі отримують пластичну деформацію. Підвищується температура, при цьому деталі сильно розігріваються, і оксидні плівки дробляться, і утворюється міцний зв’язок. Для проведення вибуху використовують гексоген, амонал, амоніт і інші.
Сварка ультразвуком. Цим способом роблять біметалічні листи, порожнисті або суцільні композиційні вироби, облицьовують деталі машин сплавами і металами. При ультразвуковому методі все відбувається внаслідок дії ультразвукових хвиль. Дія ультразвуку під час кристалізації шва дозволяє поліпшити його характеристики. При цьому процесі виділяється багато тепла, це залежить від характеристик металів, що сполучаються. Ультразвукове зварювання дозволяє з’єднувати дуже тонкі деталі, листи і навіть фольгу, з’єднувати тонкі і товсті деталі.
Електролітичне зварювання. Суть електролітичної зварювання полягає в тому, що деталі поміщають в спеціальний розчин лугу, після чого через електроліт між стрижнями пропускають струм, і негативний електрод сильно нагрівається, потім розігріті деталі дістають з ванни і осаджують.
Ливарна зварювання. За старих часів дуже популярною була ливарна зварювання, вона використовувалася для того, щоб з’єднувати кольорові метали і їх сплави. Спочатку з’єднуються деталі розігрівають і в місце їх з’єднання заливають розплавом.
Сварка під водою. Даний спосіб заснований на тому, що дуга може горіти в газовому міхурі під водою. При горінні дуги навколо неї виділяється багато газів, що призводить до того, що в газовому міхурі підвищується тиск. При цьому відбувається розкладання води на водень і кисень.
Спостерігати за процесом освоєння неможливо, робота може проводитися як на змінному, так і на постійному струмі. Для того щоб захистити електроди від води, використовують спеціальне покриття, для цього застосовують нітролак, парафін та інші матеріали.
Для цього способу необхідні спеціальні електротримачі з гарною ізоляцією по всій їх поверхні. Проводити таку роботу можуть тільки професіонали, самостійно її освоїти не можна.
