Энергетические характеристики некоторых источников сварочного нагрева

Источники нагрева	Мощность, Вт	Концентрация мощности, Вт/см^2	Наименьшая площадь нагрева, м^2	Эффективный КПД нагрева
Сварочная дуга	210^5	410^4	110^-4	0,75
Электродуговая плазменная струя	110^5	110^5	110^-6	0,80
Газовое пламя	110^4	610^2	110^-2	0,55
Электронный луч	110^5	110^7	110^-7	0,85
Луч лазера	2,510^4	110^10	110^-8	0,05
Солнечные нагреватели	10^5	210^3	–	0,7

1.4. Классификация способов сварки, типов соединений и швов

Для удобства рассмотрения и изучения разнообразных и многочисленных способов сварки, целесообразно их классифицировать, разбив на отдельные группы, объединяемые какими-либо общими признаками. В разные периоды развития сварки использовались и различные признаки классификации. В настоящее время в основу классификации процессов сварки положено три группы признаков: физические (форма энергии и вид источника, используемые для образования соединения), технические (способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность и степень механизации процесса) и технологические (устанавливаются для каждого метода сварки отдельно).

Наиболее общими и существенными являются физические признаки классификации сварочных процессов. В табл. 1.2 приводятся виды сварки, классифицированные по этому признаку.

Как видно из таблицы, виды сварки, выделяемые в термический класс, осуществляются плавлением за счет использования тепловой энергии. В механический класс выделены виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления. Промежуточный термомеханический класс образуют те виды сварки, которые осуществляются при использовании и тепловой энергии и давления.

Два других признака классификации (технические и технологические) охватывают многочисленные разновидности основных видов сварки, перечисленных в табл.1.2. Так например, только дуговая сварка насчитывает не один десяток методов, разновидностей, способов и приемов сварки, таких как сварка под флюсом, сварка в защитном газе, сварка под водой, сварку в вакууме, двухдуговая сварка и т.д.

Т а б л и ц а 1.2

Классификация сварки металлов по физическим признакам

Класс сварки	Виды сварки	Необходимость применения давления	Примечание
1	2	3	4
Терми-ческий	Дуговая Электрошлаковая Электронно-лучевая Плазменно-лучевая Лазерно-лучевая Ионно-лучевая Тлеющим разрядом Световая Индукционная Газовая Термитная Литейная	нет	Виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии
Термо-механи-ческий	Контактная Диффузионная Индукционно-прессовая, Газопрессовая Термокомпрессионная Дугопрессовая Шлакопрессовая Термитнопрессовая Печная	Есть	Виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления

Т а б л и ц а 1.2 (продолжение)

1	2	3	4
механический	Холодная Взрывом Ультразвуковая Трением Магнитоимпульсная	Есть	Виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления.

В зависимости от области применения и конкретных требований производства используются те или иные виды и способы сварки, количество которых сегодня достигает многих десятков.

Как уже упоминалось ранее, неразъемные монолитные соединения твердых тел могут быть образованы не только путем сварки, но и путем пайки, склеивания иди комбинации сварки со склеиванием. Названные методы получения соединений могут быть также классифицированы по каким-либо признакам, однако рассмотреть подробно эти способы здесь не представляется возможным, и в дальнейшем при изучении специальных дисциплин будущие специалисты сварочного производства достаточно подробно изучают эти вопросы.

Разнообразие способов сварки, пайки и склеивания создает исключительно "гибкие" и эффективные приемы образования неразъемных монолитных соединений. Какие же виды соединений бывают? Уточним, прежде всего понятие соединения. Соединение это участок конструкции, в котором отдельные ее детали соединены с помощью сварки, пайки или склеивания. Сварное соединение, выполненное дуговой сваркой, состоит из основного металла (металла соединяемых деталей), сварного шва и примыкающей к шву зоны основного металла, претерпевшего структурные изменения в результате термического воздействия источника нагрева (зона термического влияния, рис. 1.11, а) Сварной шов представляет собой закристаллизовавшийся металл, который в процессе сварки находился в расплавленном состоянии. В паяное соединение входят основной металл и шов (рис. 1.11, б), шов паяного соединения получается за счет

Рис. 1.11. Неразъемные соединения, получаемые сваркой (а), пайкой (б), склеиванием (в) и контактной сваркой (г). 1,3 – основной металл; 2 – шов; 4 – зона термического влияния (а), ядро точки (г).

введения в зазор между соединяемыми деталями припоя, который в процессе нагрева расплавляется, растекается по поверхностям сопряжения деталей, а при последующем охлаждении кристаллизуется. Клееное соединение состоит из склеиваемых деталей и клееного шва (рис.1.11,в).

Клеено-сварное соединение получается при совмещении двух операций: клейки и сварки (рис.1.11,г). Чаще всего сварку выполняют контактным способом (точечная или шовная). Обычно клеено-сварные соединения применяются в конструкциях из алюминиевых сплавов.

В зависимости от требований к будущей конструкции и возможностей взаимного расположения соединяемых элементов используют следующие (основные) виды соединений. Стыковое соединение (рис. 1.11,а) – образовать его могут элементы одинаковой или различной толщины. Швы таких соединений называют стыковыми.

Широкое распространение имеют тавровые и угловые соединения (рис.1.12,а и б - соответственно), которые получают

Рис. 1.12. Виды сварных соединений: тавровое (а); угловое (б); нахлесточное с угловыми (в) и пробочными (г) швами.

при сборке элементов в виде буквы "Т" или "Г". Угол между полкой и стенкой может быть прямым, а может и отличаться от 90°. Сочетание толщин деталей может быть различным. Швы таких соединений называют угловыми. При нахлесточном соединении один лист накладывается на другой (рис.1.11,б,в,г и рис.1.12,в,г). Выполнять такое соединение можно с помощью пайки, склеивания (рис.1.1,б,в,г) или сварки. Сварка может осуществляться угловыми швами (рис.1.12,в) пробочными швами, которые получаются путем полного проплавления верхнего и частичного проплавления нижнего листов (рис.1.12,г) – их часто называют электрозаклепками, либо путем проплавления верхнего листа через предварительно проделанное в верхнем листе отверстие.

Сварные швы могут выполняться в нижнем положении, в потолочном положении, на вертикальной или наклонной плоскости. Удобнее всего выполнять швы в нижнем положении. Однако не всякое изделие можно поворачивать с помощью специальных устройств в удобное для сварки положение, при сварке кораблей, трубопроводов, каркасов зданий и т.п. приходится выполнять швы в различных пространственных положениях. Современная техника и технология сварки позволяют успешно выполнять сварные швы в любых пространственных положениях.

Вид сварного соединения и вид шва зависят от конструкции изделия. Выбор же способа сварки определяется соображениями экономического и технического характера.

В заключение отметим, что сварочная наука и техника постоянно совершенствуются и развиваются, что подтверждается не прекращающимися открытиями и поисками новых способов сварки, новых источников нагрева и активации поверхностных атомов соединяемых деталей, новых конструктивных форм и т.д. Вот почему приводимые в этом разделе сведения по классификации способов сварки и типов соединений являются далеко не полными и не завершенными. В будущем они будут уточняться и расширяться.

1Рихман Г.В. Труды по физике.– М.: Изд-во АН СССР, 1956, с.47.

2Петров В.В. Известие о гальвани-вольтовских опытах, которые проводил профессор физики Василий Петров. – С.-Петербург, 1803. –194 с.

*ЦНИИТМАШ – Центральный научно-исследователь-ский институт технологии машиностроения (г.Москва)

*Ангстрем (Å) – внесистемная единица длины (1Å =10^-10 м).

*Вновь образуемую чистую поверхность тела можно сохранить лишь в высоком вакууме, не ниже 110^-8мм рт.ст., свойственном, в естественных условиях, космическому пространству.

48