4 Основы сварочного производства

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений из различных материалов. Сварку широко применяют во всех отраслях машиностроения и строительной промышленности. Широкое применение сварки объясняется большими технико-экономическими преимуществами по сравнению с другими методами соединений (резьбовыми, клепаными).

4.1 Физическая сущность сварки

Физическая сущность сварки состоит в установлении межатомных связей между свариваемыми частями при их нагреве или пластической деформации, или совместном действии того и другого. Для того чтобы возникли межатомные силы связи, необходимо свариваемые поверхности сблизить на расстояние соизмеримые с межатомными. В реальных условиях сближению поверхностей препятствуют микронеровности, оксидные и органические пленки, адсорбированные газы. Для получения качественного соединения необходимо устранить эти препятствия и сообщить атомам некоторую энергию, необходимую для повышения активации поверхностных атомов. Такая энергия может сообщаться в виде теплоты (термическая активация) и в виде упруго-пластической деформации (механическая активация).

В зависимости от метода активации связи между атомами соединяемых поверхностей устанавливаются в жидком или твердом состояниях. В соответствии с этим все способы сварки делят на две группы: сварка плавления и сварка давлением. Существуют десятки способов сварки, которые позволяют сваривать практически все металлы и сплавы, а также некоторые металлы с неметаллами.

Классификация видов сварки по физическим признакам согласно ГОСТ 1971-74 приведена в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Классификация видов сварки

Классы сварки	Виды сварки
Термический	Дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная, литейная.
Термомеханический	Контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитнопрессовая, печная.
Механический	Холодная, взрывом, ультразвуковая, трением, магнитноимпульсная.

4.1.1 При сварке плавлением расплавляются кромки свариваемых заготовок и присадочный материал с образованием общей сварочной ванны жидкого материала, дающей при затвердевании неразъемное соединение. Процесс сварки плавлением является металлургическим процессом, особенностями которого являются: незначительный объем расплавленного металла, высокая концентрация тепла и температура, больная скорость расплавления и затвердевания металлов.

Рис 4.1. Схема распределения температурных и структурных зон в сварном шве согласно диаграммы состояния железо-цементит.

Сварное соединение, полученное сваркой плавлением состоит из зоны наплавленного металла, сплавления, термического влияния. Структурными участками сварного соединения из малоуглеродистой стали является (рис 4.1):

- участок полного расплавления (1), металл которого имеет столбчатое дендритное строение;

- участок неполного расплавления (2) является переходным от наплавленного до основного металла, имеет крупнокристаллическое строение;

- участок перегрева (3) образует грубую видманштеттовую структуру, является самым слабым местом шва;

- участок нормализации (4) имеет мелкозернистое строение и более высокие механические свойства;

- участок неполной перекристаллизации (5) наряду с крупными зернами феррита имеет мелкие зерна перлита;

- участок рекристаллизации (6) наблюдается при сварке стали подвергавшейся наклепу, имеет крупные равноосные зерна;

- участок синеломкости (7) характеризуется отсутствием видимых структурных изменений, однако для некоторых сортов стали ударная вязкость уменьшается, что объясняется процессами старения.

Отмеченные структурные изменения в зоне термического влияния не оказывают существенного влияния на свойства сварного соединения из малоуглеродистой стали. Однако при сварке углеродистых и легированных сталей могут образовываться структуры закалки (М,Т,Б), которые уменьшают пластичность швов.

4.1.2 При сварке давлением заготовки, подогретые в месте сварки совместно пластически деформируются, образуя неразъемное соединение. Возможны и холодная сварка для пластических металлов при больших удельных давлениях и степенях деформации.

Образование металлических связей достигается за счет упруго-пластической деформации. При этом в контактирующих слоях выравниваются неровности, разрушаются адсорбированный слой и увеличивается число активных центров взаимодействия.

Нагрев металла при сварке давлением производится (до пластического состояния или до оплавления) за счет электрического тока, электромагнитной или высокочастотной индукции, механической работы трения, теплоты сгорания газов и др. В зависимости от вида применяемой энергии различают виды сварки указанные в таблице 4.1.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем состоит физическая сущность сварки?

2. По каким признаком производится классификации видов сварки на классы и группы?

3. Какие основные особенности процесса сварки плавлением?

4. Из каких основных зон и структурных участков состоит сварное соединение из малоуглеродистой стали, полученное сваркой плавлением?

5. За счет какого процесса достигается образование металлических связей между поверхностями при сварке давлением?

6. Какие источники нагрева применяют при сварке давлением?