Схемы дуговой сварки. Процесс зажигания дуги, требования к источникам тока
При ручной дуговой сварке покрытыми металлическими электродами, сварочная дуга горит с электрода на изделие, оплавляя кромки свариваемого изделия и расплавляя металл электродного стержня и покрытие электрода . Кристаллизация основного металла и металла электродного стержня образует сварной шов. Силу сварочного тока выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода, при этом учитывают положение шва в пространстве, вид соединения, толщину и химический состав свариваемого металла, а также температуру окружающей среды. При учете всех указанных факторов необходимо стремиться работать на максимально возможной силе тока. Процесс зажигания дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с изделием. Ток короткого замыкания мгновенно расплавляет металл в местах, по которым произошли их соприкосновения, в результате чего образуется жидкая перемычка. При отводе электрода от изделия жидкая перемычка, образовавшаяся между электродами, растягивается, металл перегревается и его температура достигает температуры кипения, пары металла ионизируются - возбуждается дуга
62. Ручная электродуговая сварка: применяемые электроды, режимы сварки, оборудование.
Ручная дуговая сварка — сварка, источником энергии которой является электрическая дуга.Используется для сварки углеродистых сталей обычного качества качественных с различным содержанием марганца, низколегированных и легированных, жаропрочных и жаростойких сталей, чугуна и цветных металлов. Для ручной дуговой сварки используют трансформаторы, выпрямители, генераторы, электрододержатели, маски сварщика.В настоящее время чаще используются более легкие по весу сварочные инверторы, которые производятся разными фирмами в большом разнообразии. Сварочные трансформаторы имеют больший вес и большую надежность. Ручная дуговая сварка разделяется на следующие виды:одно, двух и многоэлектродную, используемую для ускорения работ и повышения производительности труда;сварку при постоянном и переменном токе;сварку однофазной и трехфазной дугой.Для ручной дуговой сварки используют плавящиеся и неплавящиеся электроды. Электроды изготовлены из проволоки и электродного покрытия. Покрытие используют для поддержания устойчивого горения дуги; защиты зоны сварочной дуги от воздействия O2 и N2 воздуха.
63. Автоматическая дуговая сварка под флюсом: схема, область применения, характеристики.
Автоматическая дуговая сварка под флюсом — сварка электрической дугой, горящей между концом сварочной проволоки и свариваемым металлом под слоем флюса.Сварка под флюсом применяется в стационарных цеховых условиях для всех металлов и сплавов, включая разнородные металлы толщинами от 1,5 до 150 мм. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ:Сварка в цеховых и монтажных условияхСварка металлов от 1,5 до 150 мм и более;Сварка всех металлов и сплавов, разнородных металлов.
64. Дуговая сварка в защитном газе: схема, область применения, характеристики.
Дуговая сварка в защитных газах — дуговая сварка с использованием газов для защиты места сварки от влияния атмосферных газов.Этим видом сварки производится ручная сварка, полуавтоматическая, автоматическая в различных пространственных положениях, черных и цветных металлов и сплавов толщиной от десятых долей до десятков миллиметров. При сварке в зону дуги через сопло горелки подается защитный газ. Электрическая дуга расплавляет основной металл и электродную проволоку или электрод. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует шов. При сварке неплавящимся электродом электрод не расплавляется. Защитный газ препятствует взаимодействию расплавленного металла с газами воздуха.
65. Газовая сварка и резка металлов: сущность, область применения, характеристики. Условия газовой резки.
При газовой сварке расплавление металла происходит за счет тепла, образующегося при горении смеси кислорода с горючими газами (ацетилена, водорода и др.) или с парами керосина и бензина. Чаще всего для газовой сварки применяют ацетилен, при сгорании которого развивается температура до 3200° С.Для газовой сварки и резки металлов применяют горелки, в которые кислород и горючий газ обычно подаются из соответствующих баллонов, где они находятся в сжатом состоянии. Рабочее давление горючих газов 50 кн/м2, давление кислорода 300 кн/м2 (3 кГ/см2). Понижение давления газа осуществляется в редукторе.В некоторых случаях ацетилен получают не в баллонах, а выделяют из карбида кальция путем его разложения водой в ацетиленовых генераторах. Последние бывают трех видов: «карбид на воду», «вода на карбид» и «контактные».Сварочные горелки, применяемые при газовой сварке, предназначаются для смешения горючего газа с кислородом и для образования сварочного пламени. Эти горелки по способу подачи горючего газа в камеру смещения разделяются на инжекторные и безынжекторные. Первые (низкого давления), применяемые чаще вторых, имеют инжекторы, в которых струя кислорода, проходя с большой скоростью, образует разрежение в ацетиленовых клапанах, что влечет за собой всасывание ацетилена в горелку. Горелки сГазовая резка металла — это один из способов резки металлических изделий, в основе которого лежит свойство металла — сгорать в технологически чистом кислороде. При таком способе резки на заранее разогретый до 1200 — 1300 °С металл пускается поток кислорода, который прожигает металл и тем самым разрезает его. В процессе газовой резки образуются окислы железа, их в расплавленном состоянии выдувают из мест резки. Таким типом резки создают изделия из углеродистых низко- и средплазменная сварка:сущность, область применения,характеристикинелегированных сталей, толщиной до 60 мм.
66. Плазменная сварка: сущность, область применения, характеристики.
Плазменная сварка - сварка, источником энергии при которой являются плазменный поток.Используется для сварки нержавеющих сталей, вольфрама, молибдена, сплавов никеля в авиационной промышленности, приборостроении. Плазменная сварка характеризуется глубоким проплавлением металла, что позволяет сваривать металлические листы толщиной до 9 мм. Выполняется в любом положении в пространствеВ плазменной сварке для получении плазмы применяются плазменные горелки, состоящие из вольфрамового электрода, труб водяного охлаждения, подачи газа, сопла плазмы.Температура в плазменной дуге достигает 30 000°С, в отличие от плазмы электрической дуги, температура которой - 5000–7000°С.В плазмотроне в зону плазменной дуги подводится газ, образующий плазму. Газ нагревается дугой и ионизируется. Благодаря тепловому расширению газа, увеличивающему объем газа в 50–100 раз, происходит газ скоростное истекание его из канала сопла плазмотрона. Кинетическая энергия ионизированных частиц газа и тепловая энергия является основными источником энергии для сварки.В плазмотроне используется в основном горелки постоянного тока.В плазменной сварке возможны следующие разновидности:сварка плазменной дугой, горящей между не плавящимся электродом и изделием,сварка плазменной струей, горящей между не плавящимся электродом и соплом плазмотрона. Плазма выдувается газовой струей.В качестве плазмообразующего газа используются: азот, кислород, аргон, воздух.
67. Электронно-лучевая сварка: сущность, область применения, характеристики.
Электронно-лучевая сварка — сварка, источником энергии при которой являются кинетическая энергия электронов в электронном пучке, сформированном электронной пушкой.Используется для сварки тугоплавких, высокоактивных металлов в космической, авиационной промышленности, приборостроении и др. Электронно-лучевая сварка используется и при необходимости получения высококачественных швов с глубоким проплавлением металла, для крупных металлоконструкций.Электронно-лучевая сварка проводится электронным лучом в вакуумных камерах. Размеры камер зависят от размеров свариваемых деталей и составляют от 0.1 до нескольких сотен кубических метров.Плавление металла при электронно-лучевой сварке и образование зоны проплавления обусловлено в давлением потока электронов в электронно-лучевой пушке, выделением теплоты в объеме твердого металла, реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением.Сварка производится непрерывным или импульсным электронным лучом. Импульсные лучи с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100—500 Гц. используются при сварке легкоиспаряющихся металлов, таких как алюминий, магний. При этом повышается глубина проплавления металла. Использование импульсных лучей позволяет сваривать тонкие металлические листы.В камере, формирующей электронный луч, откачивается воздух вплоть до давлений 1—10 Па. Это приводит к высокой защите расплавленного металла от газов воздуха.Электронно-лучевая сварка имеет следующие преимущества:Высокая концентрация теплоты позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от 0,1 до 200 мм;Для сварки требуется в 10-15 раз меньше энергии чем для дуговой сварки;Отсутствует насыщение расплавленного металла газами.
68. Контактная сварка – виды, схемы, характеристики.
Контактная сварка — процесс образования неразъёмного сварного соединения путём нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.Контактная сварка преимущественно используется в промышленном массовом или серийном производстве однотипных изделий[1]. Применяется на предприятиях машиностроения, в авиационной промышленности.Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов – пластическая деформация, в ходе которой формируется сварное соединение.
Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта.
На поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов и загрязнения с малой электропроводимостью, которые также увеличивают электросопротивление контакта. В результате в точках контакта металл нагревается до термопластического состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок образуются новые точки соприкосновения, пока не произойдет полное сближение до межатомных расстояний, т. е. сварка поверхностей.Контактную сварку классифицируют по типу сварного соединения, определяющего вид сварочной машины, и по роду тока, питающего сварочный трансформатор. По типу сварного соединения различают сварку стыковую, точечную, шовную.
69. Холодная сварка – сущность способа, схема, характеристики.
Холодная сварка отличается простотой и доступностью, позволяет получать прочные и надежные соединения из пластичных металлов: алюминия, меди, никеля, титана, свинца, серебра, золота. Холодной сваркой можно соединять и некоторые разнородные металлы из указанных выше. Отличительными особенностями холодной сварки является малая энергоемкость, высокая производительность, возможность механизации и автоматизации процесса, благоприятные условия работы.
Холодная сварка - один из видов сварки в твердой фазе со значительной объемной пластической деформацией и малой степенью ее локализации в зоне контакта материалов, которые соединяют. Ее выполняют при комнатной температуре и для большинства материалов - ниже температуры рекристаллизации.
Соответственно современной классификации холодная сварка по форме получаемого сварного соединения может быть точечной ( а, б), шовной ( г), стыковой (в), а по характеру деформаций - сварка давлением (а, б, в, г) и сварка сдвигом (д, е).
При точечной сварке как инструмент используется один или два пуансона цилиндрической формы 1, при шовной - в виде роликов 3. Более высокую и стабильную прочность имеет соединение при сварке двумя пуансонами или роликами, а не одним.
Прочность сварного соединения повышается, если применять пуансоны и ролики с уступами или для точечной сварки применять предварительное обжатие металла вокруг пуансонов
При холодной сварке деталей, особенно большой толщины, пуансон вжимается вглубь деталей и сильно их деформирует. Уступы на цилиндрических пуансонах и роликах в завершающий момент прижимают детали, тем самым ограничивая их деформацию. Если изделия выполнены из материалов сравнительно малой пластичности, толщиной больше 4 мм, то из-за деформации деталей в процессе сварки каждой следующей точки может быть даже разрушена предыдущая точка. Для устранения этого явления осуществляют холодную сварку с предварительным сжатием
Схема сваривания с предыдущим сжатием : 1-пуансон, 2- притискач, 3- детали, которые сваривают, 4-периферийная зона сваривания, 5- внутренняя зона сваривания
Зажимами 2 детали фиксируются еще к началу сварки или одновременно с ним. Таким образом, предотвращаются не только остаточные деформации, но и деформации в процессе самой сварки. Сварка с предварительным сжатием позволяет получать соединения более прочные, чем при сварке по обычной схеме. Увеличение прочности соединения достигает 15...20 % и объясняется, очевидно, расширением зоны схватывания металлов при сварке вследствие дополнительного обжатия.
При стыковой сварке (в) детали надежно закрепляются в зажимных губках 4, внутренняя рабочая поверхность которых имеет насечку, которая препятствует проскальзыванию деталей при их сжатии.
Холодная сварка может выполняться путем сжатия заготовок с их одновременным относительным сдвигом под действием тангенциальных усилий. Это достигается дополнительным усилием F (д) или применением клинообразной прокладки (е), которую впрессовывают с усилием между деталями в зазор анлогичной конфигурации.
Если рассматривать всю совокупность материалов, которые соединяют этим способом, то не удается привести единый механизм, который объясняет все явления происходящие при холодной сварке.
При сварке металлов в результате значительных пластических деформаций соединяемых металлов, происходит разрушение окисных пленок, которые препятствуют сближению атомов. Сближение чистых поверхностей металла в месте контакта на расстояние, сравнимое с параметрами кристаллических решеток и их активация приводят к возникновению связей и образованию сварного соединения.
70. Сварка трением: схемы, сущность способа; область применения и оборудование.
Сварка трением это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия (рисунок 1).
Процесс образования сварного соединения:
Вследствие действия сил трения сдираются оксидные плёнки;
Наступает разогрев кромок свариваемого металла до пластичного состояния, возникает временный контакт, происходит его разрушение и высокопластичный металл (металл шва)* (см.рисунок 1) выдавливается из стыка;
Прекращение вращения с образованием сварного соединения.
Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения.
Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой (рис. 3.56, а) или вставки между деталями (рис. 3.56, б, в), при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка с относительно малыми амплитудами Д и при звуковой частоте (рис. 3.56, г). Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением Р. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения.
В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы. По мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок, присутствующих на них в исходном состоянии. Граничное трение уступает место сухому. В контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей.
Этот процесс происходит непрерывно и сопровождается увеличением фактической площади контакта и быстрым повышением температуры в стыке. При этом снижается сопротивление металла деформации, и трение распространяется на всю поверхность контакта. В зоне стыка появляется тонкий слой пластифицированного металла, выполняющего роль смазочного материала, и трение из сухого становится граничным.
Рис.3.56. Схемы процесса сварки трением: 1 - свариваемые детали; 2 - вставка; 3 - зона сварки
Под действием сжимающего усилия происходит вытеснение металла из стыка и сближение свариваемых поверхностей (осадка). Контактные поверхности оказываются подготовленными к образованию сварного соединения: металл в зоне стыка обладает низким сопротивлением высокотемпературной деформации, оксидные пленки утонены, частично разрушены и удалены в грат, соединяемые поверхности активированы. После торможения, когда частота вращения приближается к нулю, наблюдается некоторое понижение температуры металла в стыке за счет теплоотвода. Осадка сопровождается образованием металлических связей по всей поверхности.
71. Пайка металлов и сплавов: сущность, виды
Пайки, способы нагрева.
Пайка - процесс соединения металлов или неметаллических материалов посредством расплавленного присадочного металла, называемого припоем и имеющего температуру плавления ниже температуры плавления основного металла (или неметаллического материала). Процесс пайки применяется либо для получения отдельных деталей, либо для сборки узлов или окончательной сборки приборов. В процессе пайки происходят взаимное растворение и диффузия припоя и основного металла, чем и обеспечиваются прочность, герметичность, электропроводность и теплопроводность паяного соединения. При пайке не происходит расплавления металла спаиваемых деталей, благодаря чему резко снижается степень коробления и окисления металла.
Для получения качественного соединения температура нагрева спаиваемых деталей в зоне шва должна быть на 50-100° С выше температуры плавления припоя. Спаиваемые детали нагревают в печах, в пламени газовой горелки, токами высокой частоты, паяльниками. Прочное соединение припоя (сплавление припоя) с основным металлом можно образовать лишь в том случае, если поверхности спаиваемых деталей свободны от окислов и загрязнений. Для запиты поверхностей спаиваемых деталей от интенсивного окисления в результате нагрева место пайки покрывают флюсом, который образует жидкую и газообразную преграды между поверхностями спаиваемых деталей и окружающим воздухом.
Процесс пайки заключается в следующем: при нагревании припой расплавляется и, соприкасаясь с нагретым, но свободным от окисной пленки основным металлом, смачивает его, и растекается по его поверхности. Способность припоя заполнять швы зависит от степени смачивания припоем основного металла, его капиллярных свойств и шероховатости поверхности спаиваемых деталей.
Флюсы применяемые для пайки
Флюсы должны удовлетворять следующим основным требованиям:
Температура плавления флюса и его удельный вес должны быть ниже температуры плавления и удельного веса припоя.
Флюс должен полностью расплавляться и иметь хорошую жидкотекучесть при температуре пайки, но в то же время не должен быть слишком текучим, чтобы не «уходить» от места пайки.
Флюс должен своевременно и полностью растворять окислы основного металла, причем флюс должен действовать при температуре на несколько градусов ниже температуры плавления припоя.
Флюс не должен образовывать соединений с основным металлом и припоем, а также поглощаться ими.
Флюс должен равномерным слоем покрывать поверхность основного металла у места пайки, предохраняя его от окисления в продолжение всего процесса пайки. Однако для того, чтобы припой мог сплошным слоем покрывать поверхность основного металла, необходимо, чтобы адгезия флюса к основному металлу (т. е. силы сцепления между флюсом и основным металлом) была слабее, чем адгезия припоя (т. е. силы сцепления между припоем и основным металлом).
Флюс не должен испаряться и выгорать при температуре пайки, а продукты его разложения и окислы должны вытесняться припоем, легко удаляться после пайки и не вызывать коррозии.
Для пайки мягкими припоями применяют кислотные или активные, антикоррозийные, бескислотные, активизированные флюсы. Кислотные или активные флюсы - на основе хлористых соединений - интенсивно растворяют окисные пленки на поверхности основного металла и тем самым обеспечивают хорошую адгезию и, следовательно, высокую механическую прочность соединения.
Остаток флюса после пайки вызывает интенсивную коррозию соединения и основного металла, а потому после пайки место пайки нужно тщательно промывать. Для пайки проводников при монтаже электрорадиоприборов применять кислотные флюсы категорически запрещается.
72. Нанесение покрытий: наплавка, металлизация.
Наплавка – это нанесение с помощью сварки плавлением слоя металла на поверхность изделия. Наплавку применяют как при ремонте изношенных деталей для восстановления их исходных размеров (восстановительная наплавка, ремонтная наплавка), так и при изготовлении новых изделий (наплавка слоёв с особыми свойствами, например, коррозионно-стойких, антифрикционных, особо твёрдых, электропроводных слоёв). Масса наплавленного металла обычно не превышает нескольких процентов от общей массы изделия. Для наплавки используют большинство известных способов сварки плавлением. Самым простым способом наплавки является ручная дуговая наплавка. Также применяют автоматическую дуговую наплавку под флюсом, многоэлектродную наплавку, при которой одновременно плавятся несколько электродных проволок, иногда заменяемых широкой лентой малой толщины. Для наплавки большого количества металла используют электрошлаковую наплавку. Существует много разновидностей наплавки с использованием плазменной дуги или газового пламени. В последнее время очень широко применяется лазерная наплавка, позволяющая, в частности, эффективно исправлять точечные дефекты и практически не приводящая к деформации изделия после наплавки.
Металлизация – это нанесение металлического покрытия на поверхность изделия путём осаждения на ней жидкого металла, распыляемого газовой струёй. При подаче металлической проволоки к источнику нагрева происходит её быстрое расплавление, и жидкий металл под давлением газовой струи (обычно, сжатого воздуха, хотя при напылении коррозионно-стойкими сталями и алюминиевыми сплавами, как правило, используют азот) порядка 0,5 МПа распыляется на частицы размером 0,001…0,2 мм, которые подхватываются этой струёй и с большой скоростью, доходящей до 300 м/с, ударяются о поверхность детали, соединяясь с ней.
Металлизация дает возможность покрывать поверхности деталей почти из всех металлов независимо от формы поверхностей. Толщина наносимого слоя металла может колебаться от 0,02 до 10 мм и более. Поскольку металлизация вызывает лишь небольшой нагрев покрываемой поверхности (обычно не более 70°С), то она не приводит к структурным изменениям в покрываемом материале, благодаря чему можно наносить слой покрытия на любые материалы: металл, пластмассу, дерево, резину и т. п.
Металлизацию применяют для защиты от изнашивания, коррозии, а также в декоративных целях для таких изделий, как цистерны, бензобаки, мосты, изнашивающиеся части валов, подшипников и других деталей машин. По сравнению с наплавленным слоем металлизированный (металлизационный) слой имеет меньшую прочность и плотность, поэтому его нельзя применять для восстановления изношенной детали ответственной прочности, а можно применять лишь для восстановления размеров малонагруженных деталей. Металлизация практически не повышает прочность деталей, особенно при работе в условиях ударных или знакопеременных нагрузок, но может значительно повысить поверхностную твёрдость. При металлизации поверхностей, работающих в условиях повышенного трения, следует учитывать сравнительно малую сцепляемость металлизированного слоя с основным металлом.
. 73. Обработка резанием – процесс стружкообрзования.
Обработка металлов резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали.
Резание металлов – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся определенными физическими явлениями. В начальный момент процесса резания движущийся резец под действием силы Р вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации. Срезанный и превращенный в стружку слой металла дополнительно деформируется вследствие трения.В зависимости от обрабатываемого материала, условий резания, геометрии режущего инструмента изменяется характер стружки. Стружка при резании может быть:
сливная – сходит в виде ленты, закручивающейся в спираль. Поверхность ее, обращенная к резцу, чистая и гладкая. С обратной стороны она имеет небольшие зазубрины. Образуется при обработке пластичных материалов (мягкой стали, латуни, алюминия и др.) со значительными скоростями скольжения и небольшими подачами инструмента с оптимальными передними углами
скалывания – состоит из отдельных связанных между собой элементов. Обращенная к резцу сторона ее гладкая, а противоположная имеет большие зазубрины. Образуется при обработке металлов средней твердости с невысокими скоростями резания и значительными подачами резцов, имеющих небольшие передние углы;
надлома – состоит из отдельных не связанных или слабо связанных между собой элементов стружки. Образуется при обработке хрупких материалов (чугуна, бронзы, некоторых сплавов алюминия). Обработанная поверхность имеет большие неровности.