Процеси зварювання металів

Зварюванням називають процес одержання нероз’ємних з’єднань металів і других матеріалів, що здійснюється за рахунок сил взаємодії атомів. Щоб привести в дію ці сили, потрібно дуже тісно зблизити атоми з’єднуваних частин. Це досягається або прикладанням значного тиску (зварювання тиском), або розплавленням металу в зоні з’єднання (зварювання плавленням). Внаслідок цього атоми зварюваних частин металу взаємно дифундують, що і приводить до утворення міцного нероз’ємного з’єднання.

Зварювання застосовується для виготовлення зварних конструкцій, виправлення браку лиття, відновлення зламаних та зношених деталей.

Для виготовлення зварних конструкцій застосовують слідуючи основні типи з’єднань: стикове, внакладку, кутове і таврове.

За видом енергії, застосовуваної для нагрівання металів всі способи зварювання можна розділити на шість груп:

1. Електричне.

2. Хімічне.

3. Механічне.

4. Променеве.

5. Електромеханічне.

6. Хіміко-механічне.

В промисловості найбільше поширення одержали: електрозварювання, електромеханічне та хімічне (газове зварювання).

Електродугове зварювання. Для плавлення кромок з’єднуваних деталей використовують тепло електричної дуги (до 6000°С). вона виникає між двома електродами. При зварюванні залежною дугою (дугою прямої дії) дуга виникає між електродом і зварюваною деталлю, яка являється другим електродом, а при зварюванні незалежною дугою (дугою непрямої дії) дуга виникає між двома електродами.

Для живлення електричної дуги може використовуватись як постійний так і змінний струм. Частіше використовується змінний струм з застосуванням понижуючого трансформатора до 60-65 в.

Електродугове зварювання здійснюється плавкими електродами (за Слав’яновим) та неплавкими (за Бенардосом), графітовими та вольфрамовими.

При зварюванні деталей великої товщини додатково застосовують присадковий матеріал у вигляді дроту, хімічний склад якого повинен відповідати складові металу, який зварюється. Присадковий дріт розплавляється в зоні горіння дуги і переходить в метал зварного шва.

Електроди виробляють з покриттям (обмазкою), яка служить для захисту розплавленого металу від насичення його киснем та азотом. По товщині обмазки розрізняють електроди з тонким (0,15-0,3мм) і товстим (1-3мм) шаром. Тонкий шар складається з суміші вапняку та рідкого скла, а товстий – з газоутворюючих, шлакоутворюючих та легуючих речовин.

Електродугове зварювання буває ручне і автоматичне і виконується відкритою, або захищеною дугою. Для захисту використовують флюси та інертні гази.

Широке застосування знаходить автоматичне дугове зварювання під шаром флюсу. Обладнання для нього складається з зварювальної головки, джерела живлення, касети з намотаним голим дротом та бункеру з флюсом. Зварювальна головка забезпечує автоматичну подачу електродного дроту в зону зварювання, підтримує довжину дуги постійною, а також подачу флюсу в зону зварювання. Головка переміщається вподовж зварного шва при допомозі ходового механізму і автоматичного приводу. Дуга горить під шаром флюсу, що захищає розплавлений метал від дії навколишнього середовища. Флюс у вигляді гранул засипається в зону зварювання з бункеру. Флюс, що залишився, відсосується в бункер за допомогою сопла. Цей спосіб забезпечує високу якість шва і високу продуктивність праці, вищу в 5-10 разів в порівнянні з ручним.

Атомно-водне зварювання. Це зварювання здійснюється дугою не прямої дії, яка горить між двох вольфрамових електродів.

В зону зварювання через спеціальні канали подається водень, який у зоні горіння дуги дисоціює на атоми, при цьому поглинає велику кількість тепла:

В місці зварювання атоми водню доторкуються до більш холодної поверхні металу, знову з’єднуються в молекули, виділяючи при цьому тепло, яке було поглинуте і розплавляє метал.

Це зварювання забезпечує одержання щільних і міцних зварних з’єднань міді, нержавіючих сталей, алюмінієвих сплавів, які мають погану зварюваність.

Електрошлакове зварювання. Це спосіб є різновидністю автоматичного зварювання під шаром флюсу. В цьому випадку застосовують електропровідиі флюси, що мають температуру плавлення на 100-120° вище температури плавлення металу, що зварюється і електродного дроту. Процес починається з збудження і підтримки горіння дуги під шаром флюсу. Після розплавлення флюсу і утворення рідкого шлаку дуговий процес закінчується і починається електрошлаковий. Метал електродів, опущених в рідкий шлак, плавиться і каплями стікає в зварний шов. Проходячи через шлак, метал очищається від сірки і інших домішок – рафінується. Одержаний зварний шов характеризується високими механіч­ними властивостями.

Широке застосування має також контактне електрозварювання – процес з’єднання деталей, при якому місце зварювання нагрівається пропусканням електричного струму до пластичного стану або часткового його розплавлення з послідуючим прикладанням механічного зусилля.

Розрізняють три його види: стикове, точкове та шовне.

При стиковому зварюванні деталі закріплюють в зажимах зварювальної машини, при пропусканні струму зона їх стикання швидко нагрівається до пластичного стану або оплавлення. Потім струм вимикають, деталі здавлюються і зварюються. Цим способом зварюють різні стрижні, труби, ланки ланцюгів, рельсові стики та ін.

Для точкового зварювання листи металу, зібрані в накладку, зажимають між електродами зварювальної машини і пропускають електричним струм від трансформатору. В місті найбільш щільного контакту листів (між електродами) утворюється ядро з розплавленого металу, яке затвердівши з’єднує метал. Застосовується в літакобудуванні, сільськогосподарському машинобудуванні, радіоелектроніці та інших галузях промисловості.

При шовному (роликовому) зварюванні електроди мають форму роликів, які рухаючись листами, зібраними в накладку, при пропусканні струму, утворюють герметичний шов. Застосовується для виготовлення резервуарів, паливних баків та інших виробів з листового металу.