Шпоры ТКМ2


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
1.

Схема и сущность, технологич возможности и обла
с-
ти применения автоматич дуговой сварки под флюсом.

Для автоматической дуговой сварки под флюсом прим
е-
няют непокрытую электродную проволоку, а для защиты
сварочной ванны и дуги от воздуха используют флюс. П
ер
е-
мещение и подача электродной проволоки полностью мех
а-
низированы, а процессы зажигания дуги и заварки кратера в
конце шва автоматизированы.

В ходе автоматической дуговой сварки под флюсом дуга
проходит между основным металлом и проволокой. Мета
л-
лическая
ванна жидкого металла и столб дуги со всех сторон
тщательно закрыты слоем флюса толщиной примерно 30


35 мм. Благодаря тому, что часть флюса расплавляется,
вокруг дуги появляется газовая полость, а на поверхности
расплавленного металла


ванна жидкого шла
ка. Во время
сварки под флюсом происходит глубокое проплавление
основного металла. Очень быстрое движение электрода
вдоль заготовки и действие мощной дуги способствуют
оттеснению расплавленного металла в противоположную
направлению сварки сторону.

В процес
се поступательного движения электрода прои
с-
ходит затвердевание шлаковой и металлической ванн с
возникновением сварного шва, покрытого твердой шлаковой
коркой. Используя механизмы перемещения и подачи пр
о-
волоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва. Ток к

электроду идет через токопровод.

Автоматическую дуговую сварку под флюсом производят
сварочными головками, сварочными автоматами или сам
о-
ходными тракторами, перемещающимися по изделию. Н
а-
значение сварочных автоматов


подача электродной пров
о-
локи в дугу и

поддержание постоянного сварочного режима
во время всего процесса.

Используется автоматическая дуговая сварка под флюсом
в массовом и серийном производствах для выполнения
длинных прямолинейных и кольцевых швов в нижнем пол
о-
жении на металле толщиной 2


1
00 мм. Под флюсом свар
и-
вают металлы различных классов. Такую сварку часто и
с-
пользуют при производстве резервуаров для хранения газов
и жидкостей, котлов, мостовых балок, корпусов судов и
других изделий. Сварка под флюсом
-

это одно из основных
компонентов
автоматических линий для производства сва
р-
ных автомобильных колес и станов, а также для изготовл
е-
ния сварных прямошовных и спиральных труб.




2. Сущность, схема и технологические возможности
контактной стыковой сварки.

Стыковая сварка

разновидность кон
т
актной сварки, при
которой заготовки свариваются по всей поверхности со
-
прикосновения. Свариваемые заготовки закрепляют в заж
и-
мах стыковой ма
шины. Зажим 3 установлен на подвижной
плите 4, перемещающей
ся в направляющих, зажим 2 укре
п-
лен на неподвижной пли
те 1. Сварочный трансформатор
соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети
через включающее устройство. Плиты перемещаются, и
заготовки сжимаются под действием силы Р, обеспечива
е-
мой механизмом осадки. Стыковую сварку с разогревом
стыка до пластиче
ского состояния и после
дующей осадкой
называют сваркой сопротивлением, а при разогреве торцов
заготовок до оплавления и последую
щей осадкой


сваркой
оплавлением. Для правильного формирования свар
ного
соединения необходимо, чтобы процесс протекал в опре
д
е-
ленной по
следовательности. Заготовки сдавливаются си
лой
Р, включается ток, металл разо
гревается до пластического
состояния, затем заготовки снова сдавливают


производят
осадку, одновременно от
ключая ток. Перед стыковой сва
р-
кой сопротив
лением загото
вки должны быть очи
щены от
оксидных пленок и торцы их плотно пригнаны друг к другу
пред
варительной механической обработкой. Параметрами
режима контактной стыковой сварки сопротивлением явля
-
ются плотность тока j (А/мм2), сила сжатия торцов заготовки
-
Р(Н
) и время протекания тока t (с), которое опре
деляют
косвенно через величину осадки, зависящую от установо
ч-
ной длины L. Установочной длиной L называют рас
стояние
от торца заготовки до внут
реннего края электрода стыковой
ма
шины, измеренное до начала свар
ки. Она зависит от те
п-
лофизических свойств металла, конфигурации стыка и ра
з-
меров заготовки. Этим способом соединяют заготовки мал
о-
го сечения (до 100 мм2), так как при больших сечениях
нагрев будет неравномерным. Сечения соединяемых загот
о-
вок должны быть о
динаковыми по форме и с простым пер
и-
метром (круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением
сторон). Сваркой сопро
тивлением можно сваривать низкоу
-
глеродистые, низколегированные кон
струкционные стали,
алюминиевые сплавы.

Стыковая сварка оплавлением имеет

две разновидности:
непрерывным и пре
рывистым оплавлением. При непрерыв
-
ном оплавлении между заготовками, установленными в
электродах машины, оставляют зазор, подключают источник
тока и равномерно сближают заготов
ки. Соприкосновение
происходит вна
чале п
о отдельным небольшим площад
кам,
через которые протекает ток вы
сокой плотности. При этом
под действием магнитного поля расплавленный и кипящий
металл выбрасывается на
ружу. После достижения равноме
р-
ного оплавления всей поверхности стыка за
готовки осаж
и-
в
ают. При прерывистом оплавлении зажа
тые заготовки
сближают, приводят их в кратковременное соприкосновение
и вновь отводят на небольшое рас
стояние.

Быстро повторяя одно за другим сближения и разъедин
е-
ния, выполняют оплавление всего сечения. Затем вы
-
ключа
ют ток и сдавливают заготовку. Под давлением часть
расплавленного металла вместе с оксидами выдавлива
ется из
зоны сварки.

Сварка оплавлением имеет преиму
щества перед сваркой
сопротивлением. В процессе оплавления выравниваются все
неровности стыка, а окси
ды и за
грязнения удаляются, п
о-
этому не тре
буется особой подготовки места со
единения.
Можно сваривать заготовки с сечением сложной формы, а
также заготовки с различными сечениями, разнородные
металлы (быстрорежу
щую и углеродистую стали, медь и
алюминий
и т. д.).

Наиболее распространенными изде
лиями, изготовляем
ы-
ми стыковой свар
кой, служат элементы трубчатых кон
-
струкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы и т. п.
















3. Понятия о свариваемости и ее показателях. Способы
повышеия качества с
варных соединений.

Свариваемость

свойство металла или сочетания мета
л-
лов образовывать при установленной технологии
сварки сварные соединения, отвеча
ющие требованиям,
обусловленным кон
струкцией и эксплуатацией изделия. В
зависимости

от того, удовлетворяет ли сварное соединение
предъявляемым требованиям, свариваемость может
быть достаточной или недостаточной.


Безотносительно к виду конструкции

и ее назначению свариваемость матери
алов оценивают
степенью соответствия заданны
х свойств сварного соедин
е-
ния одноименным свойствам основного ме
талла и их скло
н-
ностью к образованию таких сварочных дефектов, как тр
е-
щи
ны, поры, шлаковые включения и др. По этим пр
и-
знакам материалы раз
деляют на хорошо, удовлетвор
и-
те
льно, ограниченно и плохо свариваю
щиеся.

Свариваемость материалов в основ
ном определяется т
и-
пом и свойствами структуры, возникающей в сварном с
о-
единении при сварке. При сварке однородных металлов и
сплавов в ме
сте соединения, как правило, образу
ется стру
к-
тура, идентичная или близкая структуре соединяемых заг
о-
товок. Про
чность соединения определяется внутри
-
кристаллическими связями, и свариваемость оценивается как
хорошая или удовлетворительная.

При сварке разнородных материалов в зависимости от
с
тепени их взаимной растворимости в твердом состоянии в
соединении образуются твердые рас
творы, химические и
интерметаллидные соединения или смесь зерен соединя
емых
материалов. В этих случаях про
чность соединения обеспеч
и-
вается сцеп
лением по границам ча
стиц и зерен. Механич
е-
ские и физические свойства соединений могут существенно
отли
чаться от свойств свариваемых ма
териалов. При этом
высока вероя
тность образования несплошностей в виде
трещин и несплавлений. Сва
риваемость оценивается как
ограни
ченная
или плохая.

В зависимости от состояния металла в зоне соединения и
использования внешних усилий различают способы сварки
плавлением и давлением. Сварка плавлением осуществляе
т-
ся местным сплавлением соединяемых частей без прилож
е-
ния давления (виды сварки: д
у
говая, плазменная, электро
н-
но
-
лучевая, лазерная, электрошлаковая, газовая и др.). Сва
р-
ка давлением осуществляет
ся с применением давления за
счет пластической деформации свариваемых частей при
температуре ниже темпера
туры плавления (виды сварки:
холодна
я, контактная, ультразвуковая, диффузион
ная, тр
е-
нием, взрывом и др.).









4. Способы и технологические особенности сварки
алюм сплавов. Виды дефектов. Способы их устранения.

Трудности при сварке алюминия и его сплавов обусловл
е-
ны образова
нием тонкой
прочной и тугоплавкой поверхн
о-
стной пленки оксида А12О3, плавящегося при температуре
2050° С; склонностью к образованию газовой пористости;
склонностью к образова
нию горячих трещин.

Пленка оксида покрывает капли рас
плавленного металла и
препятствует спла
влению их между собой и основ
ным м
е-
таллом. Для разрушения и уда
ления пленки и защиты мета
л-
ла от повторного окисления при сварке ис
пользуют спец
и-
альные флюсы или ве
дут сварку в атмосфере инертных
газов. Действие флюсов основано на растворении пленки
окс
идов. При свар
ке в защитных газах пленка разруша
ется в
результате электрических процес
сов в том случае, если она
оказывается в катодной области дуги. Это реализу
ется при
сварке плавящимся электро
дом на постоянном токе обра
т-
ной полярности и сварке непл
авящимся эле
ктродом на пер
е-
менном токе с использованием специальных источников
тока.

Причиной газовой пористости в свар
ных швах алюминия
является водород. Источник водорода


влага воздуха,
которая сильно адсорбируется пленкой оксида на поверхн
о-
сти загот
овки и сва
рочной проволоки. Газовая пористость
обусловлена, с одной стороны, насыще
нием расплавленного
металла большим количеством водорода, с другой


ма
лой
его растворимостью в твердом состоянии. Для предупрежд
е-
ния пори
стости необходима тщательная ме
ха
ническая оч
и-
стка свариваемой поверх
ности заготовок и сварочной пров
о-
локи или химическая их очистка (например, раствором
NOH). При этом с пленкой оксида удаляется скопившаяся
на ней влага.

Образование горячих трещин в алю
минии и некоторых его
сплавах
свя
зано с крупнокристаллической мак
роструктурой
сварных швов. Склон
ность к трещинам увеличивается при
наличии небольшого количества Si (до 0,5%), который пр
и-
водит к образо
ванию легкоплавкой эвтектики по гра
ницам
кристаллов. Борьба с горячими трещинами

ведется мета
л-
лургическим путем. В шов через проволоку вводят Fe, не
й-
трализующий вредное влияние Si, и модификаторы Zr, Ti и
В, способствующие измельчению кристал
литов в шве.

Наиболее трудно свариваются тер
-
мичеси упрочняемые
сплавы системы А1


Сu


Mg (
дуралюмины). При на
греве
свыше температуры 500° С проис
ходит оплавление границ
зерен с об
разованием на расплавленных участках эвтектич
е-
ских выделений. После затвер
девания эвтектика имеет п
о-
ниженные механические свойства, что приводит к охрупч
и-
ванию з.
т. в. и снижению ее прочности по сравнению с
прочностью основного металла. Свойства з. т. в. не восст
а-
навливаются термической обра
боткой.

При сварке самозакаливающихся сплавов системы А1


Zn


Mg возможно образование холодных трещин в после
с-
варочный пери
од, обусловленное выпадением хрупких
интерметаллидов и действием сварочных напряжений.

Относительно хорошо свариваются термически не упро
ч-
няемые сплавы си
стемы А1

Мn и системы Al


Mg.

Наиболее широко применяют сварку алюминия и его
сплавов в атмосфере за
щитных газов неплавящимся (толщ
и-
ны 0,5

10 мм) и плавящимся (тол
щины более 10 мм) эле
к-
тродами. В этом случае получают более высокое качество
сварных швов по сравнению с другими видами дуговой
сварки. Применяют также автоматическую сварку плав
я-
щимся электро
дом полуот
крытой другой по слою флюса,
при которой для формирования корня шва используют ме
д-
ные или стальные под

кладки. Возможна газовая сварка алю
-
миния и его сплавов. Флюс наносят на свариваемые кромки
в виде пасты или вводят в сварочную ванну на разо
гретом
конце присадочного прутка. Алюминий и его сплавы также
сваривают плазменной и электрошлаковой сваркой; они
достаточно хорошо сва
риваются контактной сваркой. Уч
и-
ты
вая высокую теплопроводность и эле
ктропроводимость
алюминия, для его сварки необход
имо применять большие
силы тока. Чистый (до 0,5% примесей) и технический ал
ю-
миний (до 1,0% примесей) хорошо свариваются холод
ной
сваркой.



5. Сущность, схемы, технологические особенности и
область применения точечной и шовной сварки.

Точечная сварка



ра
зновидность ко
нтактной сварки, при
которой заго
товки соединяются в отдельных точках. При
точечной сварке заготовки со
бирают внахлестку и сжимают
силой Р между двумя электродами, подво
дящими ток к
месту сварки. Соприкасающиеся с медными элект
родами
пов
ерхности свариваемых за
готовок нагреваются медленнее
их вну
тренних слоев. Нагрев продолжают до пластичного
состояния внешних и до расплавления внутренних слоев.
После этого выключают ток и несколько увеличивают, а
затем снимают да
вление. В результате об
разуется литая
сварная точка.

Точечная сварка в зависимости от расположения электр
о-
дов может быть двусторонней и односторонней. При двуст
о-
ронней сварке (рис.а) две (или больше) заготовки 1 сжимают
между электродами 2 точечной маши
ны. При односторонней
сва
рке (рис. б) ток распределяется между верхним и нижним
листами 3 и 4, причем нагрев осуществляется частью тока,
протекающего через нижний лист. Для увеличения тока,
проходящего че
рез нижний лист, предусмотрена медная
подкладка 5. Односторонней сваркой мож
но соединять
заготовки одновре
менно двумя точками. Параметры ре
жима
точечной сварки: сила сжатия (Н), плотность тока / (А/мм2),
время протекания тока t (с). Весь цикл сварки состоит из че
-
тырех стадий: сжатие свариваемых за
готовок между эле
к-
тродами; вкл
ючение тока и разогрев места контакта до те
м-
пературы плавления, сопровождаю
щийся образованием
литого ядра точ
ки; выключение тока и увеличение сжатия
(проковка) для улучшения стру
ктуры сварной точки; снятие
сжатия. Перед сваркой место соединения очи
щают

от окси
д-
ных пленок (наждачным кругом или травлением).

Точечной сваркой изготовля
ют штампо
-
сварные конс
т-
рукции при соединении отдельных штампованных элеме
н-
тов сварными точками. В этом случае упрощается технол
о-
гия изготов
ления сварных узлов и повышается
производ
и-
тельность. Точечную сварку применяют для изготовления
изделий из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегир
о-
ванных и высоколегирован
ных сталей, алюминиевых спл
а-
вов. То
лщина свариваемых металлов состав
ляет 0,5

5 мм.

Шовная сварка

разновидность
кон
тактной сварки, при
которой между свариваемыми заготовками образуется про
ч-
ное и плотное соединение. Элек
троды выполняют в виде
плоских ро
ликов, между которыми пропускают свариваемые
заготовки.

В процессе шовной сварки листовые заготовки
1
собирают
вн
ахлестку, зажи
мают между электродами
2
и пропускают
ток. При движении ро
ликов по заготовкам образуются пе
-
рекрывающие друг друга сварные точ
ки, в результате чего
получается сплош
ной герметичный шов. Шовную сварку,
как и точечную, можно выполнить при дв
устороннем (рис.
а)
и одностороннем (рис.
б)
расположениях электродов.

Последовательность этапов технологических операций
вначале и по завершении сварки шва такая же, как при т
о-
чечной. Сварку не прерывным включением тока (рис. а
)
п
рименяют для коротких шво
в и сварки металлов и сплавов,
с прерывистым включением тока (рис.
б)
обеспечивает
стабильность процесса и высокое качество сварного соед
и-
нения при малой зоне термического влияния. Ее используют
при сварке длинных швов на заготовках из высоколегир
о-
ванных

сталей и алюминиевых сплавов.

Шовная контактная сварка


очень высокопроизвод
и-
тельный процесс, ско
рость его может достигать 10 м/мин.
Особенно эффективно ее применение в массовом произво
д-
стве листовых кон
струкций для получения прочных и гер
-
метичных шв
ов, например при изготов
лении емкостей.
Допустимая толщина свариваемых заготовок 0,3

3 мм.


6. Физические процессы при сварке плавлением, пр
и-
водящие к установлению межатомных связей между
заготовками. Перечислите способы сварки плавлением.

При электрическ
ой дуговой сварке энергия, необходимая
для образования и поддержания дуги, поступает от источн
и-
ков питания постоянного или переменного тока.


В процессе электрической дуговой сварки основная часть
теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла,
полу
чается за счет дугового разряда (дуги), возникающего
между свариваемым металлом и электродом. При сварке
плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги
кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося
электрода расплавляются и образуется сварочн
ая ванна. При
затвердевании расплавленного металла образуется сварной
шов. В этом случае сварной шов получается за счет основн
о-
го металла и металла электрода.


К плавящимся электродам относятся стальные, медные,
алюминиевые; к неплавящимся


угольные, гра
фитовые и
вольфрамовые.


При сварке неплавящимся электродом сварной шов пол
у-
чается только за счет расплавления основного металла и
металла присадочного прутка.


При горении дуги и плавлении свариваемого и электро
д-
ного металлов необходима защита сварочной

ванны от
воздействия атмосферных газов


кислорода, азота и вод
о-
рода, так как они могут проникать в жидкий металл и уху
д-
шать качество металла шва. По способу защиты сварочной
ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от во
з-
действия атмосферных газо
в дуговая сварка разделяется на
следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защи
т-
ном газе, под флюсом, самозащитной порошковой провол
о-
кой и со смешанной защитой.


Покрытый электрод представляет собой металлический
стержень с нанесенной на его поверхно
сть обмазкой. Сварка
покрытыми электродами улучшает качество металла шва.
Защита металла от воздействия атмосферных газов осущес
т-
вляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении
покрытия (обмазки). Покрытые электроды применяются для
ручной дуговой

сварки, в процессе которой необходимо
подавать электрод в зону горения дуги по мере его распла
в-
ления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью
формирования шва (рис. 1.1.).


При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс о
д-
новременно подаются в

зону горения дуги, под воздействием
теплоты которой плавятся кромки основного метаяла, эле
к-
тродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется
газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов
флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс
в
сплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак.
Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от во
з-
действия атмосферных газов и значительно улучшает кач
е-
ство металла шва. Сварку в среде защитных газов выполн
я-
ют как плавящимся электродом, так и непл
авящимся с под
а-
чей в зону горения дуги присадочного металла для формир
о-
вания сварного шва. Сварка может быть ручной , механиз
и-
рованной (полуавтоматом) и автоматической. В качестве
защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий,
иногда азот для сварк
и меди. Чаще применяются смеси
газов: аргон + кислород, аргон + гелий, аргон + углекислый
газ + кислород и др. В процессе сварки защитные газы п
о-
даются в зону горения дуги через сварочную головку и
оттесняют атмосферные газы от сварочной ванны (рис. 1.4.).



При электрошлаковой сварке тепло, идущее на расплавл
е-
ние металла изделия и электрода, выделяется под воздейс
т-
вием электрического тока, проходящего через шлак. Сварка
осуществляется, как правило, при вертикальном располож
е-
нии свариваемых деталей и с прин
удительным формиров
а-
нием металла шва (рис. 1.5.). Свариваемые детали собир
а-
ю
т
ся с зазором. Для предотвращения вытекания жидкого
м
е
талла из пространства зазора и формирования сварного
шва по обе стороны зазора к свариваемым деталям приж
и-
маются охлаждаемые в
одой медные пластины или ползуны.
По мере охлаждеются для сварки, резки, наплавки, повер
х-
ностной обработки, прошивки отверстий и других видов
лазерной обработки различных конструкционных матери
а-
лов. С помощью С02


лазера производится резка как м
е-
таллич
е
ск
их материалов, так и неметаллических: слоистых
пласт
и
ков, стеклотексто
-
лита, гетинакса и др. Лазерная
сварка и резка обеспечивают высокие показатели качества и
произв
о
дительности.


7. Способы и технические особенности сварки туг
о-
плавких сплавов (на основе
Ti
,
W
,
Mo
).

Трудности при сварке тугоплавких металлов титана, ци
р-
кония, молибдена, ниобия и др. связаны с тем, что они при
нагреве интенсивно поглощают газы


кислород, водород и
азот. При этом даже незначительное со
держание газа прив
о-
дит к резкому снижен
ию пластических свойств этих мета
л-
лов.

Титан и его сплавы сваривают в защитной атмосфере а
р-
гона высшего со
рта. При этом дополнительно защища
ют
струями аргона корень шва и не остывший до определенной
температуры участок шва. Перед сваркой проволоку и о
с-
н
овной металл дегазируют путем отжига в вакууме. При
большем содержании газов снижается пластичность металла
сварных соединений, кроме того, ти
тановые сплавы стан
о-
вятся склонными к образованию холодных трещин. От
-
ветственные узлы сваривают в камерах с конт
ролируемой
аргонной атмосфе
рой, в том числе и обитаемых, в ко
торых
сварщики работают в скафанд
рах. Для сварки титана и его
сплавов также применяют плазменную и эле
ктронно
-
лучевую сварку.

Молибден и ниобий и их сплавы более чувствительны к
насыщению газ
ами, чем титан, особенно кислородом. При
содержании кислорода более 0,01% их пластические свойс
т-
ва резко снижают
ся. Молибден и ниобий и их сплавы свар
и-
вают дуговой сваркой в камерах с контролируемой аргонной
атмосфе
рой или электронно
-
лучевой сваркой в ва
кууме.


8. Возникновение остаточных напряж и деформаций
при сварке. Причины возник и способы их снижения.

Возникновение
собственных свароч
ных напряжений
(т. е.
без приложения внешних сил) связано с неравномер
ностью
температурного поля при свар
ке. Вследс
твие неравномерн
о-
го разо
грева заготовки при сварке температурные деформ
а-
ции шва и з. т. в. ограничиваются в результате сопротивл
е-
ния менее нагретых зон ос
новного металла.

Вместо удлинения отдельных слоев свариваемого металла
в соответствии с зависимостью


Т
Т (α
т



темпера
турный
коэффициент металла;
Т

максимальная температура нагр
е-
ва слоя) происходит равномерное удлинение всей сварива
е-
мой пластины, в резуль
тате чего грань пластины
1
в момент
максимального разогрева занимает по
ложение 2. Поэтому
шов и п
рилега
ющая к нему зона металла при нагреве пр
е-
терпевают местную пластическую деформацию сжатия,
пропорциональ
ную заштрихованной площади
3.
Таким
образом, к началу охлаждения эти зоны оказываются укор
о-
ченными. После охлаждения и обратной температурной
деф
ормации они должны были бы занять положение в соо
т-
ветствии с за
висимостью


α
т
Т. Однако их температурная
деформация снова ограничивается реакцией основного ме
-
талла. В результате происходит рав
номерное укорочение
всей пластины, и грань пластины
1
занимае
т положе
ние
4.
Поскольку шов и зона термичес
кого влияния связаны с
основным ме
таллом, они претерпевают внутреннюю упруг
о-
пластическую деформацию рас
тяжения, пропорциональную
заштрихо
ванной площади 5. Соответствующие упругой
деформации растягивающие нап
ряжения ( + ) в шве и з. т. в.
урав
новешиваются сжимающими напряже
ниями (

) в
основном металле
.

Внешние наблюдаемые деформации сварных заготовок
(например, укороче
ние пластины после сварки, соответст
-
вующее перемещению ее грани
1
в по
ложение
4)
не сов
п
а-
дают с внутрен
ними упругопластическими деформаци
ями, а
их величины противоположны: чем больше внешние дефо
р-
мации, тем меньше внутренние деформации. Вели
чина и
знак собственных сварочных напряжений определяются
внутренними деформациями.

Снижение внутре
нних деформаций и напряжений


один
из путей пред
упреждения трещин. Для этого необ
ходимо
уменьшить реакцию основного металла на разогреваемые до
высоких температур шов и з. т. в. Следует уменьшить ге
о-
метрическую жесткость свариваемых заготовок, исключить

их закрепление при сварке, а также при
менить предвар
и-
тельный подогрев для выравнивания температур по объему
заготовки. Сварочные напряжения сни
маются также после
сварки высоким отпуском. В то же время методы снижения
внутренних деформаций и на
пряжений

(кроме отпуска)
приводят к увеличению внешних деформаций сварной заг
о-
товки. Для устранения по
следних, наоборот, необходимо
увели
чение жесткости заготовок (постановка ребер, мембран
и т. п.), или закреп
ление их при сварке. Выбор условий
сварки определяе
тся тем, что в данном случае опасней


трещины или короб
ление заготовки.


Процесс возникновения сварочных напряжений при сва
р-
ке пластин встык:
T
=
f
(
y
)



распределение температуры по
оси
Oy
;

x
=
f
(
x
)

и

y
=
f
(
y
)



распределение остаточных пр
о-
дольных напряжени
й по ося
Ox

и
Oy

соответственно.


9. Сущность, схема и технологические возможности
диффузионной сварки в вакууме.

При диффузионной сварке соединение образуется в р
е-
зультате взаимной диф
фузии атомов в поверхностных слоях
контактирующих материалов, находя
щ
ихся в твердом с
о-
стоянии. Диффузи
онные процессы в поверхностных слоях
контактирующих заготовок протекают достаточно активно
при нагреве до температур рекристаллизации (0,4ТПЛ) и
давления, необходимого для пласти
ческого деформирования
микровысту
пов и их
смятия с целью обеспечения физич
е-
ского контакта по всей поверх
ности.

Диффузионную сварку в большинстве случаев выполняют
в вакууме, однако она возможна в атмосфере инертных и
защитных газов. Свариваемые заго
товки устанавливают
внут
ри охлаждаемой металл
ической камеры, в которой
создается вакуум 133х(10
-
3

10
-
5) Па, и нагревают с помо
-
щью вольфрамового или молибденового нагревателя либо
индуктора ТВЧ. Все вводы в камеру хорошо герметизирую
т-
ся. С целью ускорения процесса в камеру может быть введен
электронн
ый луч, позволяющий нагревать заготовки с еще
более высокими скоростями, чем при использовании ТВЧ.
Обычно такой нагрев применяют при диффузионной сварке
тугоплавких металлов и сплавов.

После того как достигнута требуемая температура, к заг
о-
товкам приклады
вают с помощью механического, гидравл
и-
ческого или пневматического устройства небольшое сж
и-
мающее дав
ление в течение нескольких минут.

Для получения качественного соеди
нения нагрев загот
о-
вок по всему сече
нию должен быть равномерным, а их п
о-
верхности пре
дварительно очищены от оксидов и загрязн
е-
ний. При нагреве в вакууме тончайшие адсорбированные и
масляные пленки испаряются и не препятствуют образов
а-
нию соединения.

Диффузионной сваркой можно со
единять металлы и спл
а-
вы, керамические материалы в однородных

и разнородных
сочетаниях независимо от их термомеханических свойств и
взаимного смачивания, получая при этом прочные соедин
е-
ния без какого
-
либо изменения физико
-
механических
свойств. Полученные соединения после сварки, как правило,
не нуждаются в последую
щей механической обра
ботке.

Диффузионную сварку применяют в космической технике
и радиоэлект
ронике, в самолетостроении, приборо
строении,
в пищевой промышленности и других отраслях. Этот способ
ис
пользуют для сварки деталей и узлов вакуумных приб
о-
ров, в
ысокотемпера
турных нагревателей, при производстве
инструмента и т. д.

Установки для диффузионной сварки выпускают для ед
и-
ничного производст
ва с обычным ручным управлением и ,
для серийного поточно
-
массового производства с полуавт
о-
матическим или автоматич
еским программным управлен
и-
ем.














10, 13.

Сущность ручной дуговой сварки покрытыми
электродами. Преимущества и недостатки способа.

При ручной дуговой сварке покрытыми металлическими
электродами, сварочная дуга горит с электрода на изделие,
оплав
ляя кромки свариваемого изделия и расплавляя металл
электродного стержня и покрытие электрода (рисунок 1).
Кристаллизация основного металла и металла электродного
стержня образует сварной шов.

Глубина, на которую расплавляется основной металл, н
а-
зывается
глубиной проплавления. Она зависит от режима
сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пр
о-
странственного положения сварки, скорости перемещения
дуги по поверхности изделия (торцу электрода и дуге соо
б-
щают поступательное движение вдоль направления

сварки и
поперечные колебания), от конструкции сварного соедин
е-
ния, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п.

Схема сварки покрытым металлическим электродом
.

Электрод состоит из электродного стержня и электродного
покрытия. Электродный стержень



сварочная проволока;
электродное покрытие


многокомпонентная смесь металлов
и их оксидов. По функциональным признакам компоненты
электродного покрытия разделяют:

Газообразующие: защитный газ;

ионизирующий газ;


Шлакообразующие: для физической изоляции
распла
в-
ленного металла от активных газов атмосферного воздуха;

раскислители;

рафинирующие элементы;

легирующие эл
е-
менты;

Связующие;

Пластификаторы.

Достоинства способа:

Простота оборудования;

Возможность сварки во всех пространственных полож
е-
ниях;

Возможно
сть сварки в труднодоступных местах;

Быстрый, по времени переход от одного вида материала к
другому;

Большая номенклатура свариваемых металлов.

Недостатки способа:

Большие материальные и временные затраты на подгото
в-
ку сварщика;

Качество сварного соединени
я и его свойства во многом
определяются субъективным фактором;

Низкая производительность (пропорциональна сварочн
о-
му току, увеличение сварочного тока приводит к разруш
е-
нию электродного покрытия);

Вредные и тяжѐлые условия труда.

Рациональные области примен
ения:

с
варка на монтаже;

с
варка непротяжѐнных швов.













11. Сущность механизированной (полуавтоматич
е-
ской) сварки плавящимся электродом в углекислом газе.
Преимущества и недостатки способа.

Сущность способа заключается в том, что воздух оттесн
я-
ется

от зоны сварки струей углекислого газа, а окисление
самим углекислым газом переплавляемого дугой металла
компенсируется за счет повышенного содержания элементов


раскилителей


в электродной проволоке.

Сварку плавящимся электродом в среде углекислого газ
а
применяют для большинства сталей, которые имеют удовл
е-
творительную свариваемость другими видами дуговой сва
р-
ки. Отличительной характеристикой такой сварки является
ее высокая производительность и относительно низкая
стоимость. Для сварки в среде этого за
щитного газа испол
ь-
зуют проволоку с повышенным содержанием раскислителей
(кремния и марганца), которые компенсируют выгорание
этих компонентов в зоне сварки.

Особенностью сварки в среде углекислого газа является
разложения его на атомарный кислород (О) и о
кись углерода
(СО). Окись углерода в свою очередь распадается на углерод
и кислород. Атомы кислорода окисляют железо и легиру
ю-
щие присадки, в результате чего металл сварочной ванны
насыщается кислородом и оксидом железа, и его свойства
ухудшаются. Кроме то
го, образовавшийся в результате
кристаллизации металла углекислый газ начинает выделят
ь-
ся в виде пузырьков. Часть пузырьков этого газа не успевает
покинуть металл, застывая в виде пор. Легирование кремн
и-
ем и марганцем сварочной проволоки снижает эту вероя
т-
ность, так как окислы железа раскисляются не за счет угл
е-
рода, а за счет веществ, содержащихся в этих компонентах.
При этом образования окиси углерода при кристаллизации
металла не происходит, а качество сварочного шва улучш
а-
ется.

Металл толщиной более 4 м
м необходимо сваривать с
двух сторон, для более тонких металлов следует подбирать
режимы, чтобы выполнить полный провар за один проход.
Более тонкие металлы сваривают за один проход, обеспеч
и-
вая тщательную предсва
рочную сборку деталей, точное
направление электрода по стыку и неизменные режимы
сварки. При сварке однослойных стыков и первого слоя
многослойных швов горелку перемещают возвратно
-
поступательными движениями. Если сварка выполняется со
скосом кромок, то эл
ектрод следует направлять в угол ра
з-
делки.

В углекислом газе сваривают конструкции из углерод
и-
стой и низколегированной сталей (газо
-

и нефтепроводы,
корпуса судов и т. д.). Преимущество полуавтоматической
сварки в СО2 с точки зрения ее стоимости и производ
ител
ь-
ности часто приводит к замене ею ручной дуговой сварки
покрытыми электродами.

Достоинства способа:

Повышенная производительность (по сравнению с дуг
о-
вой сваркой покрытыми электродами);

Отсутствуют потери на огарки, устранены затраты врем
е-
ни на смену э
лектродов;

Надѐжная защита зоны сварки;

Минимальная чувствительность к образованию оксидов;

Отсутствие шлаковой корки;

Возможность сварки во всех пространственных полож
е-
ниях.

Недостатки способа:

Большие потери электродного металла на угар и разбры
з-
гивание
(на угар элементов 5
-
7%, при разбрызгивании от 10
до 30%);

Мощное излучение дуги;

Ограничение по сварочному току;

Сварка возможна только на постоянном токе.

Области применения:

Сварка тонколистового металла и металла средних то
л-
щин (до 20мм);

Возможность с
варки сталей всех классов, цветных мета
л-
лов и сплавов, разнородных металлов.


12. Сущность сварки неплавящимся вольфрамовым
(или графитовым) электродами в защитных газах. О
б-
ласти применения, преимущества и недостатки способа.

При сварке неплавящимся электр
одом в защитном газе
(рисю 1) в зону дуги, горящей между неплавящимся эле
к-
тродом и изделием через сопло подаѐтся защитный газ,
защищающий неплавящийся электрод и расплавленный
основной металл от воздействия активных газов атмосферы.
Теплотой дуги расплавля
ются кромки свариваемого изделия.
Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь,
образует сварной шов.

Неплавящийся электрод изготавливают из графита,
вольфрама, меди, меди со вставкой из тугоплавкого металла
-

вольфрама, циркония, гафния.

Защитный

газ должен быть инертен к металлу электрода и
к свариваемому металлу. В качестве защитного газа при
сварке вольфрамовым электродом применяют аргон, гелий,
смесь аргона и гелия; для сварки меди медным электродом
или медным электродом со вставкой из гафния
(циркония)
можно применить азот.

Для рационального расходования дорогостоящих инер
т-
ных газов (Ar, He) при сварке сталей создают комбинир
о-
ванную защиту
.


При сварке металла большой толщины для обеспечения
проплавления основного металла и получения требуемых

геометрических параметров сварного шва, сварку ведут по
зазору или с разделкой кромок с добавлением присадочного
(чаще всего в виде проволоки) металла (рисунок 4)

Достоинства способа сварки неплавящимся электродом:

Высокая устойчивость дуги независимо от
рода (полярн
о-
сти) тока;

Возможно получение металла шва с долей участия осно
в-
ного металла от 0 до 100%;

Изменяя скорость подачи и угол наклона, профиль, марку
присадочной проволоки можно регулировать химический
состав металла шва и геометрические параметры
сварного
шва.

Недостатки способа сварки неплавящимся электродом:

Низкая эффективность использования электрической
энергии (коэффициент полезного действия от 0,40 до 0,55);

Необходимость в устройствах, обеспечивающих начал
ь-
ное возбуждение дуги;

Высокая скор
ость охлаждения сварного соединения.

Области применения способа сварки неплавящимся эле
к-
тродом:

с
варка тонколистового металла;

с
варка сталей всех
классов, цветного металла и их сплавов;

в
озможно получ
е-
ние качественных сварных соединений при сварке разноро
д-
ных металлов.


14. Назначение разделки кромок основного сваривае
м-
го Ме по ГОСТам в зависимости от способа сварки,
перечислите формы разделок в зависимости от толщины
свариваемго Ме и способа сварки.

Тип и угол разделки свариваемых кромок определяют к
о-
личес
тво необходимого электродного материала для запо
л-
нения разделки, а следовательно, и производительность
сварки.

Стыковые швы, как правило, выполняют непрерывными;
отличительным признаком для них обычно служит форма
разделки кромок соединяемых деталей в поп
еречном сеч
е-
нии. По этому признаку различают следующие основные
типы стыковых швов: с отбортовкой кромок (рис. 3, а); без
разделки кромок
-

одно
-
сторонние и двусторонние (рис. 3,
б); с разделкой одной кромки
-

односторонней, двусторо
н-
ней; с прямолинейной и
ли криволинейной формой разделки
(рис. 3, е); с односторонней разделкой двух кромок; с V
-
образной разделкой (рис. 3, г); с двусторонней разделкой
двух кромок; Х
-
образной разделкой (рис. 3, д). Разделка
может быть образована прямыми линиями (скос кромок)
ли
бо иметь криволинейную форму (U
-
образная разделка,
рис. 3, е).

Угловые швы различают по форме подготовки сварива
е-
мых кромок в поперечном сечении и сплошности шва по
длине.

По форме поперечного сечения швы могут быть без ра
з-
делки кромок (рис. 4, а), с однос
торонней разделкой кромки
(рис. 4, б), с двусторонней разделкой кромок (рис. 4, в). По
протяженности угловые швы могут быть непрерывными
(рис. 5, а) и прерывистыми (рис. 5, б), с шахматным (рис. 5,
в) и цепным (рис. 5, г) расположе
-
нием отрезков шва. Тавр
о-
вые, нахлесточные и угловые соединения могут быть выпо
л-
нены отрезками швов небольшой протяженности
-

точечн
ы-
ми швами (рис. 5, д).

Пробочные швы по своей форме в плане (вид сверху)
обычно имеют круглую форму и получаются в результате
полного проплавления ве
рхнего и частичного проплавления
нижнего листов
-

их часто называют электрозаклепками,
либо путем проплавления верхнего листа через предвар
и-
тельно проделанное в верхнем листе отверстие.

Прорезные швы, обычно удлиненной формы, получаются
путем приварки верх
него (накрывающего) листа к нижнему
угловым швом по периметру прорези. В отдельных случаях
прорезь может заполняться и пол
-
ностью.

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характ
е-
ризуют четыре основных конструктивных элемента: зазор b,
притупление с, у
гол скоса кромки bet и угол разделки кр
о-
мок lf, равный bet или 2 bet

Существующие способы дуговой сварки без разделки
кромок позволяют сваривать металл ограниченной толщины
при односторонней сварке ручной
-

до 4 мм, механизирова
н-
ной под флюсом
-

до 1
8 мм). Поэтому при сварке металла
большой толщины необходимо разделывать кромки. Угол
скоса кромки обеспечивает определенную величину угла
разделки кромок, что необходимо для доступа дуги в глубь
соединения и полного проплавления кромок на всю их то
л-
щину.

Стандартный угол разделки кромок в зависимости от сп
о-
соба варки и типа соединения изменяется в пределах от 60 ±
5 до20 ± 5 градусов. Тип разделки и величина угла разделки
кромок определяют количество необходимого дополнител
ь-
ного металла для заполнения разд
елки, а значит, производ
и-
тельность сварки. Так, например, Х
-
образная разделка кр
о-
мок по сравнению с V
-
образной позволяет уменьшить объем
наплавленного металла в 1,6
-

1,7 раза. Уменьшается время
на обработку кромок. Правда, в этом случае возникает нео
б-
ходим
ость вести сварку с одной стороны 1ва в неудобном
потолочном положении или кантовать свариваете изделия.

Притупление с обычно составляет 2 ± 1 мм. Его назнач
е-
ние
-
обеспечить правильное формирование и предотвратить
прожоги в вершине шва. Зазор b обычно раве
н 1,5
-
2 мм, так
как при принятых углах разделки кромок наличие зазора
необходимо для провара вершины шва, но в отдельных
случаях при той или иной технологии зазор может быть
равным нулю или достигать 8
-
10 мм и более.


15. схема и оборудование сварочного по
ста для ручной
дуговой сварки покрытым электродом.


?


16. Сущность, схема и технологические возможности
электрошлаковой сварки.

При электрошлаковой сварке основ
ной и электродный м
е-
таллы расплав
ляются теплотой, выделяющейся при прохо
ж-
дении электрического

тока через шлаковую ванну. Процесс
электрошла
ковой сварки начинается с образования шлак
о-
вой ванны 3 в про
странстве между кромками основного
металла 6 и формирующими устрой
ствами (ползунами) 7,
охлаждаемыми водой, подаваемой по трубам 1, путем ра
с-
плавле
ния флюса электрической ду
гой, возбуждаемой между
сварочной проволокой 4 и вводной планкой 9. После нако
п-
ления определенного ко
личества жидкого шлака дуга шу
н-
тируется шлаком и гаснет, а подача про
волоки и подвод тока
продолжаются. При прохождении тока ч
ерез рас
плавленный
шлак, являющийся элект
ропроводящим электролитом, в нем
выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой
температуры шлака (до 2000° С) и расплавления кромок
основного металла и электро
дной проволоки. Проволока
вводится в зазор
и подается в шлаковую ванну с помощью
мундштука 5. Проволока служит для подвода тока и попо
л-
нения сварочной ванны 2 расплавленным ме
таллом. Как
правило, электрошлако
вую сварку выполняют при вертикаль
ном положении свариваемых заготовок. По мере заполнени
я
зазора между ними мундштук для подачи проволоки и фор
-
мирующие ползуны передвигаются в вертикальном напра
в-
лении, остав
ляя после себя затвердевший сварной шов 8.

В начальном и конечном участках шва образуются дефе
к-
ты: в начале шва


непровар кромок, в ко
нце шва


ус
а-
дочная раковина и неметаллические включения. Поэтому
сварку начинают на вводной 9, а заканчивают на выход
ной
10 планках, которые затем удаляют газовой резкой.

Шлаковая ванна


более распределен
ный источник те
п-
лоты, чем электричес
кая дуга. О
сновной металл расплавля
-
ется одновременно по всему периметру шлаковой ванны, что
позволяет вести сварку металла большей толщины за один
проход.

Заготовки толщиной до 150 мм мож
но сваривать одним
электродом, совер
шающим поперечное колебание в за
зоре
для

обеспечения равномерного разогрева шлаковой ванны по
всей толщине. Металл толщиной более 150 мм сваривают
тремя проволоками, а иногда и большим числом проволок,
исходя из использования одного электрода на 45

60 мм
толщины метал
ла. Специальные автоматы об
еспечи
вают
подачу электродных проволок и их поперечное перемещение
в зазоре.

Автоматы перемещаются непосредст
венно по сварива
е-
мому изделию (без
рельсовые) или по рельсовой колонне,
устанавливаемой параллельно сварива
емым кромкам. Ск
о-
рость движения регул
ируется автоматически в зависи
мости
от скорости заполнения зазора расплавленным металлом.
Электрошлаковая сварка имеет ряд преимуществ по сравн
е-
нию с автома
тической сваркой под флюсом: повы
шенную
производительность, лучшую макроструктуру шва и мен
ь-
шие з
а
траты на выполнение 1 м сварочного шва. Повышение
производительности обусловлено непрерывностью процесса
сварки, выполнением шва за один проход при любой толщ
и-
не металла и увеличением сварочного тока в 1,5


2 раза.
Макроструктура шва улучша
ется в резуль
тате отсутствия
многослойности и получения более однород
ного по стро
е-
нию однопроходного шва. Затраты снижаются вследствие
повышения производительности, упро
щения подготовки
кромок заготовок, уменьшения сечения шва, а также расхода
проволоки, флюса и элек
тро
энергии.

К недостаткам электрошлаковой сварки следует отнести
образование крупного зерна в шве и околошовной зоне
вследствие замедленного нагрева и охлаждения. После
сварки необхо
дима термическая обработка (отжиг или но
р-
мализация) для измельчения зерн
а в металле сварного с
о-
единения. Электрошлаковую сварку широко применяют в
тяжелом машиностроении для изготовления ковано
-
сварных
и лито
-
сварных конструкций таких, как станины и детали
мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых диз
е-
лей, роторы и вал
ы гидротурбин, котлы высокого давления и
т. п.


17. Способы и технологические возможности сварки
низко и среднелегированных сталей. Виды дефектов,
способы их утранения.

Низкоуглеродистые (менее 0,3% С) и некоторые ни
з-
колегированные стали обладают хо
рошей свариваемостью и
соединяются большинством способов сварки без особых
трудностей.

Углеродистые и легированные стали с содержанием более
0,3%С (стали 45, 30ХГСА, 40ХНМА и др.) при типовых
режимах сварки претерпевают закалку в з. т. в. Соответс
т-
вующие э
тим режи
мам скорости охлаждения для указан
ных
сталей достаточно высоки и при
водят к образованию ма
р-
тенситной микроструктуры. Поэтому для сварных соедин
е-
ний этих сталей характерны по
вышенная твердость и пон
и-
женная пла
стичность в з. т. в.

В жестких сва
рных узлах, в которых образуются высокие
сварочные напряже
ния, в закаленной з. т. в. возможно об
-
разование холодных трещин. Склон
ность к холодным тр
е-
щинам повышается при насыщении металла водоро
дом,
который снижает пластичность за
каленного металла. Ист
о
ч-
ником водоро
да служит влага в покрытиях электро
дов,
флюсах, и защитных газах, которая разлагается в дуге, и
атомарный во
дород насыщает жидкий металл свароч
ной
ванны. В результате диффузии водорода им насыщается
также з. т. в. Для обеспечения хорошей
свари
ваемости при
дуговой сварке этих сталей рекомендуют следующие техн
о-
логические мероприятия: предвари
тельный, сопутствующий
и последу
ющий подогрев заготовок до тем
пературы 100

300° С в целях заме
дленного охлаждения и исключения
закалки з. т. в.; пр
окалка электродов, флюсов при температ
у-
ре 400

450° С в течение 3 ч и осушение защитных газов для
предупреждения попадания водорода в металл сварного
соеди
нения; при недостаточности первых двух мер низкий
(300

400° С) или высокий (600

700° С) отпуск сварны
х
соединений сразу после окончания свар
ки в целях повыш
е-
ния пластичности закалочных структур и удаления во
дорода.

Контактную точечную сварку угле
родистых и легирова
н-
ных сталей выполняют на мягких режимах, т. е. дли
тельным
нагревом током и быстрым удале
нием заготовок из машины
во избежание отвода теплоты электрода
ми. В результате
обеспечивается замед
ленное охлаждение заготовок. Контакт
-
ную стыковую сварку этих сталей вы
полняют с прерыв
и-
стым оплавлением, при котором обеспечивают подогрев
заготовок пере
д сваркой и замедленное охлаждение.








18. Способы и технологические особенности сварки
выс
о
колегированных сталей. Виды дефектов. Способы
их устранения.

К высоколегированным относят стали, суммарный состав
легирующих элементов в которых составляет не м
енее 10%,
при содержании одного из них не менее 8%. При этом с
о-
держание железа должно составлять не менее 45%. В осно
в-
ном это стали, обладающие повышенной коррозионной
стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей в
ы-
полняют углеродом, марганцем, кремни
ем, молибденом,
алюминием, ванадием, вольфрамом, титаном и ниобием,
бором, медью, серой и фосфором. Введение легирующих
элементов меняет физические и химические особенности
стали.

Так, углерод способствует повышению прочности стали и
снижению ее пластичнос
ти. Окисление углерода в процессе
сварки способствует появлению пор. Кремний является
раскислителем и содержание его в стали более 1% приводит
к снижению свариваемости. Хром также снижает сварива
е-
мость, способствуя созданию тугоплавких окислов. Никель
повы
шает прочность и пластичность сварочного шва, не
снижая свариваемость стали. Молибден увеличивает про
ч-
ность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость.
Ванадий в процессе сварочных работ сильно окисляется,
поэтому его содержание в стали предусматривае
т введение
раскислителей. Вольфрам тоже сильно окисляется при п
о-
вышенных температурах, ухудшает свариваемость стали.

Титан и ниобий предотвращают межкристаллитную ко
р-
розию. Бор повышает прочность, но затрудняет сварива
е-
мость. Медь повышает прочность, ударн
ую вязкость и ко
р-
розийную стойкость стали, но снижает ее свариваемость.
Повышенное содержание в стали серы приводит к образов
а-
нию горячих трещин, а фосфор способствует образованию
холодных трещин.

Из вышесказанного видно, что, как правило, легирование
стал
и приводит к снижению ее свариваемости, а первост
е-
пенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля вли
я-
ния каждого легирующего элемента может быть отнесена к
доле влияния углерода. Повышенное содержание углерода и
легирующих элементов способствует увеличе
нию склонн
о-
сти стали к резкой закалке в пределах термического цикла,
происходящего во время сварки. В результате этого окол
о-
шовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою
пластичность.

Поэтому при сварочных процессах высоколегированных
сталей, прои
сходящих в зоне плавления металла и окол
о-
шовной области, возникают горячие трещины и межкр
и-
сталлитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуат
а-
ции. Основной причиной появления трещин является обр
а-
зование крупнозернистой структуры в процессе кристалл
и-
зац
ии и значительные остаточные напряжения, полученные
при затвердевании металла. Легирование влияет на вязкость
металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому
у большинства высоколегированных сталей сварочный шов
формируется хуже, чем у низколегиров
анных и даже углер
о-
дистых сталей.

Межкристаллитная коррозия характерна для всех видов
высоколегированных сталей, имеющих высокое содержание
хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды
хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикорр
о-
зийные свой
ства.

Препятствует образованию карбидов хрома легирование
стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием.
Положит влияние на качество сварочного шва оказ
ы
вает
дополнительное легирование сварочной проволоки хромом,
кремнием, алюминием, ванадием, мол
ибденом и бором.

Для сварки высоколегированных сталей используют как
ручную дуговую, так механизированную сварку под флюсом
и в среде защитных газов. Сварка выполняется при мин
и-
мальном тепловложении с использованием термообработки
и применен
ием дополнитель
ного охлаждения.

Введение легирующих элементов меняет и технологич
е-
ские особенн
о
сти стали. Так, система легирования снижает
теплопроводность стали и повышает ее электрическое с
о-
противление. Это оказывает влияние на скорость и глубину
плавления металла, что

требует меньшего вложения энергии,
и увел
и
чения скорости подачи сварочной проволоки.

Ручную дуговую сварку высоколегированных сталей в
ы-
полняют при пониженных тока обратной полярности. Сва
р-
ку ведут короткой дугой ниточными валиками без попере
ч-
ных колебаний
.

Проволока, применяемая для изготовления электродов,
должна соответствовать марке стали с учетом ее сварива
е-
мости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав,
снижающий отрицательное действие повышенной темпер
а-
туры. К примеру, для сварки кислотостой
кой стали
12X18HI0T электроды типа Э
-
04Х20Н9 (марки ЦЛ
-
11) пр
е-
пятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной
коррозии. Предварительный и сопутствующий подогрев
снижает опасность возникновения трещин.

Для защиты сварочной ванны используют инертный
газ
или аргон и его смеси с гелием, кислородом и углек газом.

Сварку в среде углекислого газа можно выполнять только
в случаях, когда отсутствует опасность возникновения ме
ж-
кристаллитной коррозии. Сварка плавящимся электродом
выполняется при значениях тока
, обеспечивающих струйный
перенос электродного металла.

При сварке возникает опасность коробления и остаточных
сварочных напряжений. Поэтому после сварки часто возн
и-
кает необходимость в термообработке.

19. Способы и технология сварки углеродистых сталей,
о
бласти применения.

17 =18


20. Понятие сварочной дуги и области ее существов
а-
ния и средняя температура столба сварочной дуги. Опр
е-
деление процессу сварки как неразъемного соединения.

Дуга


мощный стабильный электрический разряд в он
и-
зированной атмосфере г
азов и паров металла. Ионизация
дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и
непрерывно поддерживается в процессе ее горения.

Электрические заряды в сварочной дуге переносятся з
а-
ряженными частицами
-

электронами, а также положительно
и отрицате
льно заряженными ионами. Процесс, при котором
в газе образуются положительные и отрицательные ионы,
называется ионизацией, а такой газ


ионизированным.
Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начин
а-
ется с короткого замыкания электрода с основным м
еталлом.
Из
-
за шероховатости поверхности электродов касание при
коротком замыкании происходит отдельными выступающ
и-
ми участками, которые мгновенно расплавляются под дейс
т-
вием выделяющееся теплоты, образуя жидкую перемычку
между основным металлом и электрод
ом. При отводе эле
к-
трода жидкая перемычка растягивается, ее сечение уменьш
а-
ется, электрическое сопротивление и температура возраст
а-
ют. Когда расплавленный металл перемычки достигает
температуры кипения, пары металла легко ионизируются и
возникает дуга. Воз
никновение дуги длится доли секунды.

Дуга, горящая между электродом и изделием на воздухе,
называется свободной. Свободная дуга состоит из трех зон:
катодной с катодным пятном, служащим для эмиссии (вых
о-
да) электронов; анодной с анодным пятном, бомбардиру
ю-
щимся электронным потоком, и столба дуги, который зан
и-
мает промежуточное положение между катодной и анодной
зонами.

Сварочной дугой называют мощный, длительно сущес
т-
вующий электрический разряд между находящимися под
напряжением электродами в смеси газов и
паров. Дуга х
а-
рактеризуется высокой температурой и большой плотностью
тока. Сварочная дуга как потребитель энергии и источник
питания дуги (сварочный трансформатор, генератор или
выпрямитель) образует взаимно связанную энергетическую
систему. Различают два

режима работы этой системы: 1)
статический, когда величины напряжения и тока в системе в
течение достаточно длительного времени не изменяются; 2)
переходной (динамический), когда величины напряжения и
тока в системе непрерывно изменяются. Однако во всех
с
лучаях режим горения сварочной дуги определяется током
(IД), напряжением (UД), величиной промежутка между
электродами (так называемым дуговым промежутком) и
связью между ними.

Температура столба дуги зависит от материала электрода
и состава газов в дуге, а

температура катода и анода пр
и-
ближается к температуре кипения металла электродов.
Э
ти
температуры дуги постоянного тока про сварке стальным
электродом составляют
соответственно
около 6000, 2700,
2900
0
С. При этом в анодной области дуги, как правило,
выделя
ется больше тепловой энергии, чем в катодной. При
сварке дугой переменного тока температуры анода и катод
выравниваются вследствие периодичности смены полярн
о-
сти.


Сварка технологический процесс получения неразъемных
соединений материалов посредством уста
новления ме
ж-
атомных связей между свариваемыми частями при их нагр
е-
ве и пластическом деформировании.


21. Показатели производительности процесса сварки.
Коэф расправлния, аплавки, потерь. Формулы определ
е-
ния врем
е
ни сварки и поперечной усадки (РДС ручной
ду
говой сва
р
ки).

Производительность процесса в основном определяется
сварочным током. Однако ток при ручной сварке покрытыми
электродами ограничен, так как повышение тока сверх рек
о-
мендованного значения приводит к разогреву стержня эле
к-
трода, отслаиванию пок
рытия, сильному разбрызгиванию и
угару расплавленного металла. Ручную сварку постепенно
заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.

Производительность процесса сварки (П
св
) определяется
сварочным током и коэф наплавки (

н
) применяемого эл
к-
трода
:


Коэффициент расплавления электрода представляет собой
массу расплавленного электродного металла, приходящуюся
на один ампер силы тока в течение часа горения дуги. Ра
с-
плавленный электродный металл не полност
ью переносится
в сварной шов, часть его теряется на разбрызгивание, исп
а-
рение и угар при горении дуги.

Коэффициент наплавки, как правило, меньше коэффиц
и-
ента расплавления на величину потерь металла. Коэффиц
и-
ент расплавления электрода в зависимости от марки

покр
ы-
тия составляет 7

22 г/(А
-
ч), а коэффициент наплавки
меньше на 1

3 г/(А
-
ч).

У электродов для сварки конструкций из углеродистых и
низколегированных сталей

н

изме в пределах от 8 до 14
г/Ач.

Коэффициент наплавки может быть равным коэффицие
н-
ту расплавл
ения или больше, если в состав обмазки введен
железный порошок.

Коэффициент потерь обычно составляет 3

30 %. Знач
е-
ния коэффициентов расплавления и наплавки определяют
опытным путем для каждой марки покрытия и используют
для нормирования расхода электродов
и времени сварки.


22. Электронно
-
лучевая сварка и обл ее примен
е
ния.

Электронный луч представляет со
бой сжатый поток эле
к-
тронов, пере
мещающийся с большой скоростью от катода к
аноду в сильном электричес
ком поле. При соударении эле
к-
тронно
го потока с тв
ердым телом более 99% кинетической
энергии электронов пере
ходит в тепловую, расходуемую на
нагрев этого тела. Температура в месте соударения может
достигать 5000


6000° С. Электронный луч образуется за
счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме [133(10
~4~
10~5) Па] катода с помощью электростатических и эле
-
ктромагнитных линз фокусируется на поверхности свар
и-
ваемых материалов .

В установках для электронно
-
луче
вой сварки электроны,
испускаемые катодом электронной пушки, форми
руются в
пучок электродом,
рас
положенным непосредственно за ка
-
тодом, ускоряются под действием раз
ности потенциалов
между катодом и анодом, составляющей 20

150 кВ и выше,
затем фокусируются в ви
де луча и направляются специал
ь-
ной отклоняющей магнитной системой на обрабатываемое
из
делие. На формирующий электрод подается отрицател
ь-
ный или нулевой по от
ношению к катоду потенциал. Фоку
-
сировкой достигается высокая удель
ная мощность луча. Ток
электронного луча не
велик


от нескольких миллиампер до
единиц ампер.

При перемещении заготов
ки под не
подвижным лучом о
б-
разуется сварной шов. Иногда при сварке перемещают сам
луч вдоль неподвижных кромок с помощью отклоняющих
систем. От
клоняющие системы используют также и для
колебаний электронного луча поперек и вдоль шва, что
позволяет сварива
ть с применением присадочного металла и
регулировать тепловое воз
действие на шов.

В современных установках для свар
ки, сверления, резки
или фрезерования электронный луч фокусируется на пло
-
щади диаметром менее 0,01 см, что позволяет получить
большую удел
ьную мощность.

При сварке электронным лучом те
плота выделяется неп
о-
средственно в са
мом металле, который, частично ис
паряясь,
оттесняет расплав в сторону, противоположную направл
е-
нию сварки.

Высокая концентрация теплоты в пя
тне нагрева позволяет
испар
ять такие материалы, как сапфир, рубин, алмаз, стекло,
образуя в них отверстия. Не
значительная ширина шва и
нагретой зоны основного металла способствует резкому
снижению деформаций свар
ного соединения. Кроме того,
проведе
ние процесса в вакууме обеспечив
ает получение
зеркально
-
чистой поверхно
сти шва и дегазацию расплавле
н-
ного металла.

Электронно
-
лучевой сваркой изготов
ляют детали из туг
о-
плавких химиче
ски активных металлов и их сплавов (воль
ф-
рамовых, титановых, ниобиевых, циркониевых, молибден
о-
вых и т.

п.), а также из алюминиевых и титановых сплавов и
высоколегиро
ванных сталей. Металлы и сплавы можно
сваривать в однородных и раз
нородных сочетаниях, со
значительной разностью толщин, температур плав
ления и
других теплофизических свойств. Минимальная то
лщина
свари
ваемых заготовок составляет 0,02 мм, максимальная


до 100 мм.

Электронно
-
лучевой сваркой можно соединять малогаб
а-
ритные изделия, применяемые в электронике и прибо
-
ростроении, и крупногабаритные изде
лия длиной и диаме
т-
ром несколько метров.


23
. Плазменная обработка материалов (физическая
сущность процесса, устройство плазмотронов и т. д.).

Плазменная обработка материалов

-

процесс обработки
материалов при помощи плазмы с целью изменения физич
е-
ских или химических свойств повер
х
ности обрабатываем
ого
объекта.

Плазменная наплавка (Plm trnfer Arc, PTA) является
современным способом нанесения износостойких покрытий
на рабочую поверхность при изготовлении и восстановления
изношенных деталей машин.

Плазмой называется высокотемпературный сильно ион
и-
зированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов,
электронов, световых квантов и др. При дуговой ионизации
газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, те
п-
ловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое
поле создает направленную плазменну
ю струю. Газ может
ионизироваться также под действием электрического поля
высокой частоты. Газ подается при давлении в 2 …3 атм
о-
сферы, возбуждается электрическая дуга силой 400 … 500 А
и напряжением 120 … 160 В Ионизированный газ достигает
температуры 10 …

18 тыс. С, а скорость потока
-

до 15000
м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках
-

плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрам
о-
вый электрод.

В зависимости от компоновки различают: 1. Открытую
плазменную струю (анодом является дета
ль или пруток). В
этом случае происходит повышенный нагрев детали. И
с-
пользуется эта схема для резки металла и для нанесения
покрытий. 2. Закрытую плазменную струю (анодом является
сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на
20 …30% в этом слу
чае выше, но интенсивность потока
ниже, т.к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду.
Схема используется для закалки, металлизации и напыления
порошков. 3. Комбинированная схема (анод подключается к
детали и к соплу горелки). В этом случае горят две д
уги,
Схема используется при наплавке порошком.

Плазменную наплавку металла можно реализовать двумя
способами: 1
-

струя газа захватывает и подает порошок на
поверхность детали; 2
-

в плазменную струю вводится пр
и-
садочный материал в виде проволоки, прутка,
ленты. В
качестве плазмообразующих газов можно использовать
аргон, гелий, азот, кислород, водород и воздух. Наилучшие
результаты наплавки получаются с аргоном и гелием.

Достоинствами плазменной наплавки являются: 1.Высокая
концентрация тепловой мощности и
минимальная ширина
зоны термического влияния. 2.Возможность получения
толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких ми
л-
лиметров. 3. Возможность наплавления различных износ
о-
стойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную
деталь. 4.Возможность

выполнения плазменной закалки
поверхности детали. 5. Относительно высокий К. П. Д. Дуги
(0.2 …0.45). 6.Малое (по сравнению с другими видами н
а-
плавки) перемешивание наплавляемого материала с основой,
что позволяет достичь необходимых характеристик покр
ы-
тий
.

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке б
о-
лее тщательно чем при обычной электродуговой или газовой
сварке, т.к. посторонние включения уменьшают прочность
наплавленного слоя. Для этого производится механическая
обработка поверхности (проточка, ш
лифование, пескостру
й-
ная обработка..) иногда обезжиривание. Мощность электр
и-
ческой дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась
деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

Плазмотрон


техническое устройство, в котором при
протекании эл
ектрического тока через разрядный промеж
у-
ток образуется плазма, используемая для обработки мат
е-
риалов или как источник света и тепла. Буквально, плазм
о-
трон означает


генератор плазмы.

Главными функциональными элементами плазмотрона
воздушно
-
плазменной рез
ки являются:

электрод(катод) имеющий вставку из металла с высокой
термо
-
электронной эмиссией(Hf, Zr),

механизм закрутки плазмообразующего газа (воздуха),

сопло, электрически изолированное от электрода.


24. Газотермическое напыление метало
в

и

сплавов (г
а-
з
о
п
ламенное, электродуговое, плазменное и детонацио
н-
ное) как способ реновации (реконструкции, ремо
н
та) и
защты металлов от коррозии и высоких температур и
упрочнения поверхности изделий.

Термином газотермическое напыление обозначаются все
процессы нанесения покрытий из материал
ов в виде пров
о-
локи, прутка или порошка, которые не разлагаются при
высоких температурах. Они вводятся в высокотемперату
р-
ную зону и распыляются либо струей газа, либо сжатым
воздухом, при этом образуются мелкие частицы, которые
двигаются с большой скорость
ю и попадают на заранее
подготовленную поверхность, где образуют слой с заданн
ы-
ми свойствами.

В настоящее время наиболее широко в промышленности
применяются три основных процесса:

металлизация из проволоки;

порошковое газопламенное напыление;

плазменное
напыление порошкообразных материалов.

Способ плазменного напыления был разработан для пол
у-
чения наиболее качественных покрытий практически из
любых материалов
-

от баббитов с температурой около
300°С до самых тугоплавких соединений
-

оксидов , нитр
и-
дов, кар
бидов, имеющих температуру свыше 3300°С.

Газотермическое напыление относится к группе классич
е-
ских ресурсо
-

и энергосберегающих технологий. Зачастую
масса нанесенного покрытия составляет лишь доли процента
от массы всей восстановленной детали. Поскольку сло
й
наносится с минимальными припусками под последующую
обработку
-

ниже затраты на механическую обработку.
Температура детали в процессе напыления ,как правило, не
превышает 60...80°С, что совершенно исключает коробление
и деформации присущие способам напла
вки.

Наиболее рациональные области применения покрытий

Восстановление и упрочнение сопрягаемых поверхностей,
работающих в условиях абразивного износа.

Сопротивление эрозии и кавитации.

Устойчивость против высоких температур и газовой ко
р-
розии.

Покрытия для
защиты от коррозии в активных средах.

Такой широкий диапазон возможных областей примен
е-
ния заставляет находить технические решения только с
привлечением специалистов имеющих значительный опыт в
этой сфере.

Основные особенности способов нанесения покрытий г
а-
зотермическим напылением

Универсальность.

Никаким другим способом нельзя н
а-
нести покрытия таких различных материалов, как металлы,
сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды
, пластмассы и
комбинации материалов с температурой плавления от 300°С
до 3500°С на основу из сталей, чугунов, цветных металлов
без ограничений. Толщина слоя от 0,1 мм до 15,0 мм. Опт
и-
мально 0,5..3,0 мм.

Легкость управления процессом получения и составом
п
о-
крытий
. Энергетические характеристики изменяются в
зависимости от требований технологии в процессе получ
е-
ния покрытий. Составом покрытия и его служебными сво
й-
ствами (твердость, коррозионная стойкость, износоустойч
и-
вость и др.) можно управлять путем смеши
вания различных
материалов. Твердость покрытия


величина управляемая в
диапазоне 180 HВ..64 HRC.

Отсутствие термических деформаций и каких
-
либо
стру
к
турных изменений материала детали

при напылении
ввиду незначительного нагрева. Температура детали при
нан
есении покрытия не превышает 100°С, что позволяет с
уверенн
о
стью гарантировать отсутствие каких
-
либо стру
к-
турных превращений не только в массиве детали, но даже и
в п
о
верхностных слоях.

Нанесение покрытия на детали без ограничения их веса и
габаритов

и формы
. Раз
меры и масса восстанавливаемых
дет
а
лей определяются возможностями вращателя и груз
о-
под
ъ
емных механизмов. При плазменном напылении в
наших условиях вес деталей от 0,1..4500 кг, длина 10..3500
мм. В монтажных условиях при использовании способа
газопл
а
менного

п
о
рошкового напыления вес деталей и
габариты не огранич
е
ны.

Экономное использование материалов и энергоресурсов
.
Зачастую при износе поверхностей 0,1..1,5 мм вес покрытия
составляет лишь доли процента от веса восстановленной
детали. Припуски под последую
щую обработку минимальны
и составляют 10
-
15% от толщины покрытия. За счет этого
время простоев и затраты по обработке сведены к минимуму.
Поверхности могут быть восстановлены неоднократно.
Стоимость выполнения работ составляет от 5 до 50 % от
стоимости нов
ого изделия, при этом, ресурс работы детали,
как правило, не менее новой или существенно выше.

Возможность замены дорогостоящих конструкционных
материалов более дешевыми за счет нанесения специальных
покрытий
. За счет нанесения износоустойчивых, коррозио
н-
ностойких, эрозионностойких, антифрикционных, жаросто
й-
ких и других покрытий с управляемой твердостью от 150 НВ
до 65 HRC и выше.


ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ включает в себя
следующие виды работ:


-

Восстановление геометрических размеров и нан
е-
сение защитных покрытий изношенных рабочих участков
деталей различными марками конструкционных и высокол
е-
гированных сталей, цветными м
еталлами и сплавами.


-

Придание улучшенных свойств рабочим поверхн
о-
стям новых деталей (износостойкость, стойкость к корозии и
эрозии, антифрикционные, антиадгеозные и др.)


Данные методы позволяют обеспечить широкий диап
а-
зон покрытий различно
й толщины, от долей микрона до
нескольких десятков миллиметров, что существенно расш
и-
ряет номенклатуру обрабатываемых деталей.


Имеющееся оборудование позволяет обрабатывать д
е-
тали любых габаритов, размерами от нескольких сантиме
т-
ров до десятков метро
в в длину и весом несколько тонн.


Приложенные файлы

  • pdf 26640856
    Размер файла: 622 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий