Сущность процессов сварки материалов и их классификация

Cварка - это технологический процесс получения неразъемных соединений металлов, сплавов и других ма­териалов, осуществляемый на основе сил межатомного сцепления свариваемых материалов. Она широко применяется в машиностроении, приборостроении, металло­обработке, в строительстве и других отраслях народного хозяйства; сварка является незаменимой в судостроении, мостостроении, авиастроении, создании трубопроводов. Сварка позволяет соединять между собой однородные металлы и сплавы, разнородные металлы (например, медь с алюминием, сталь с медью), металлы с неметал­лами (керамикой, стеклом, графитом и др.), а также пластмассы.

Развитие сварки, особенно в последние годы, привело к появлению новых методов сварки, расширило возмож­ности применения ее традиционных методов.

Сварные соединения можно получить двумя способа­ми: плавлением и давлением. В первом случае кромки свариваемых деталей расплавляют. Подвижность атомов материала в жидком состоянии приводит к образованию общей сварочной ванны. При охлаждении происходит кристаллизация атомов двух металлов и в результате образования единого литого ядра сварного шва полу­чается прочное неразъемное соединение. В другом случае сварку осуществляют сдавливанием свариваемых поверхностей, при котором сварное соединение образуется за счет взаимного проникновения (диффузии) атомов одно­го материала в другой. Удельные давления, обеспечиваю­щие межатомные связи, должны быть весьма высокими и соответствовать пределу текучести данного материала; при этом материал переходит в пластичное состояние. Необходимость получения высоких удельных давлений, сложность обеспечения плотного контакта по всей свариваемой поверхности, наличие на поверхности оксидов, адсорбированных газов и других загрязнений затрудняют осуществление холодной сварки. Поэтому сварку давлением часто осуществляют с предварительным подо­гревом, повышающим пластичность материала.

Bce методы сварки можно классифицировать: по фи­зическим признакам, по способу образования сварного соединения, виду используемой энергии, степени автома­тизации. Классификация сварки по физическим признакам является стандартной (рис. 18.28).

По виду энергии, используемой для нагрева материа­ла, все методы сварки можно разделить на шесть групп: 1) электрическая, 2) химическая, 3) механическая, 4) лу­чевая, 5) электромеханическая, 6) химико-механическая. В промышленности наиболее широкое применение получили электросварка (электродуговая, плазменная, электрошлаковая) и электромеханическая сварка (кон­тактная, диффузионная). Из химических методов наи­большее значение имеет газовая сварка. В механических способах широкое развитие получают ультразвуковая, трением и др.

B зависимости от степени автоматизации процесса различают ручную, полуавтоматическую и автоматиче­скую сварку. При сварке автоматизируются обычно про­цессы подачи присадочного материала и флюса, а также управления источником энергии. По способу образования сварного соединения все виды сварки делятся на две группы: плавлением и давлением.

Основными видами сварных соединений (рис. 18.29), применяемых при изготовлении различных конструкций, являются: а — стыковые, б — внахлестку, в — угловые, г — тавровые.

Предварительная подготовка кромок, расположение сварного шва регламентируются стандартами и зависят от материала свариваемых деталей, а также его тол­щины.

Способность материала образовывать надежное и прочное сварное соединение является одним из важных его технологических свойств, называемым сваривае­мостью. Сварные соединения должны по возможности обладать теми же свойствами, что и свариваемые мате­риалы. При сварке металлических деталей возникает не­однородность свойств металла в различных его зонах, обусловленная различием структуры и величины зерна.

Нагрев до высоких температур приводит к образованию крупнозернистой структуры в сварном шве и может вы­звать окисление, азотирование, газонасыщение, выгора­ние легирующих компонентов в металле сварного шва. Металл околошовной зоны также претерпевает струк­турные изменения.

В настоящее время сварочная техника обеспечивает сварку большинства металлов и сплавов, хотя их свари­ваемость и качество сварных соединений различны. На свариваемость стали большое влияние оказывает содер­жание углерода, марганца, хрома, молибдена, никеля. Хо­рошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые и низколегированные стали, технически чистый алюми­ний. Низкую свариваемость имеют чугуны, высокохро­мистые стали, медно-цинковые и алюминиевые сплавы, химически активные и тугоплавкие металлы (титан, воль­фрам, ванадий, ниобий, молибден и др.). Наиболее слож­но сваривать детали из разнородных материалов. В этих случаях для получения сварных соединений высокого ка­чества необходимо применять особые технологические приемы или новые способы сварки.