105. Назначение и применение сварки

Сварка — это процесс неразъемного соединения металлов за счет сцепления их атомов (межатомных связей). Сцепления атомов можно достичь при смещении (движении) их за счет энергии извне, при котором атомы смогут занять устойчивое положение в общей атомной решетке. Этим достигается равновесное состояние между силами притяжения и отталкивания. Энергия извне называется энергией активизации.

Для преодоления трудностей, мешающих соединению твердых тел, в сварочной технике используют следующие основные средства: нагрев (термическую активизацию), давление (механическую активизацию), зачистку соединяемых поверхностей.

Используется два вида сварки:

1) сварка плавлением — сварка выполняется без сдавливания; 2) сварка давлением.

Сварка плавлением состоит в том, что жидкий металл одной оплавленной кромки соединяется и перемешивается с жидким металлом второй оплавленной кромки, образуя общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. По способу нагрева электрическая сварка плавлением делится на электрическую дуговую электрошлаковую, электроконтактную и электронно-лучевую.

Сварке подвергаются практически любые металлы и неметаллы в любых условиях — на земле, в воде, в космосе.

Толщина свариваемых деталей колеблется от микронов до метров, масса конструкций — от граммов до сотен тонн. Часто сварка является единственно возможным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения заготовок, максимально приближенных к форме и размерам готовой детали или конструкции.

Более половины валового внутреннего продукта промышленно развитых стран создается с применением сварки и родственных технологий. До 70% мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений.

Соединения, получаемые сваркой, характеризуются высокими механическими свойствами, небольшим расходом металла, низкой трудоемкостью и невысокой себестоимостью. Надежность соединений, выполняемых сваркой, позволяет применять ее при сборке самых ответственных конструкций. Научно-технические, экспериментальные и практические работы, выполненные в последнее время (примерно с 1970-х гг.) в области сварки, позволили создать принципиально новые конструкции машин.

106. Дуговая и газовая сварка

Процессы сварки плавлением являются наиболее распространенными до настоящего времени, электродуговая сварка занимает ведущее место.

Для получения сварочной дуги нужна электрическая цепь со специальным источником питания. Дуга горит между электродом и изделием. Для питания дуги используется переменный или постоянный ток от трансформаторов или преобразователей, выпрямителей, агрегатов.

При дуговой сварке плавящимся электродом шов образуется за счет расплавления электрода и свариваемого металла. При сварке неплавящимся электродом шов заполняется металлом свариваемых частей, но иногда присадочным металлом, подаваемым в зону дуги со стороны. К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые, к неплавящимся — угольные, графитовые, вольфрамовые.

Сущность электродуговой сварки в том, что свариваемый металл плавится теплом дуги.

При сварке постоянным током количество тепла на электродах разное, поэтому в сварке введено понятие полярности — прямой и обратной. При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металла требуется защита расплава сварочной ванны во взаимодействии с кислородом и азотом воздуха, которая приводит к ухудшению механических свойств металла шва. Поэтому защищают зону дуги, сварочную ванну, а также электродный стержень. По способу защиты металла от воздуха дуговую сварку разделяют на следующие способы: покрытыми электродами, в защитных газах, под флюсом, порошковой самозащитной проволокой.

Длиной сварочной дуги называют расстояние между концом электрода и поверхностью кратера (углубления) сварочной ванны.

По степени механизации сварочного процесса дуговая сварка подразделяется на ручную, полуавтоматическую (механизированную) и автоматическую.

Дуговая сварка широко применяется во всех отраслях промышленности и строительстве.

Газовая сварка. Технологические процессы, выполняемые с применением газового пламени, называются газопламенной обработкой металлов (ГОМ). В настоящее время в качестве горючих газов при ГОМ применяют ацетилен, сжиженные газы на основе пропан-бутановых смесей, природный газ, в качестве окислителя — кислород или воздух. Газовую сварку применяют в основном для стыковых соединений как более простых, а также иногда — угловых или с отбортовкой. В последнее время газовую сварку преимущественно применяют при ремонте, а также на тех работах, где ее использование или наиболее рационально, или незаменимо.